Behovet av att ta hem gasen har ökat ända sedan konflikten i Ukraina. Ett värmebatteri med salt och vatten som enkla komponenter skulle kunna ge en snabb och storskalig lösning för över tre miljoner hushåll i Nederländerna – dubbla målet som den holländska regeringen satt upp. Detta värmebatteri, som utvecklats av ett konsortium av Eindhovens tekniska universitet, TNO, spin-off Cellcius och industriella partners, är billigt, kompakt, förlustfritt och nu redo för de första verkliga testerna.

Med värmelagring i hemmen och genom att utnyttja de enorma mängderna industriell spillvärme som annars skulle slängas, är detta batteri en potentiell spelväxlare för energiomställningen. Här är fyra anledningar till att bli laddad inför ankomsten av detta innovativa batteri.

1. Grunden för batteriet är otroligt enkel

Ett enkelt experiment avslöjar omedelbart kärnan i värmebatteriet. Fyll en liten flaska med vita saltkorn, tillsätt lite vatten så börjar det fräsa. Dessutom känns flaskan, som genom ett trollslag, omedelbart otroligt varm. Olaf Adan har demonstrerat experimentet otaliga gånger, fantastiska åskådare gång på gång.

Adan, TU/e-professor och huvudforskare vid TNO, är kärnan i Eindhovens värmebatteri, som i huvudsak kretsar kring en relativt gammal termokemisk princip:reaktionen mellan ett salthydrat och vattenånga. "Saltkristallerna absorberar vattnet, blir större och avger i processen värme", säger Adan. Därav den snabbt värmande flaskan.

Men det omvända är också möjligt. "Genom att lägga till värme förångar du vattnet och i princip "torkar" saltet, vilket minskar storleken på saltkristallerna, förklarar Adan. Så länge inget vatten kommer till detta torra saltpulver, lagras alltid värmen i det. Så till skillnad från andra typer av värmelagring går inget förlorat:Batteriet är helt förlustfritt.

Du kan upprepa denna process i det oändliga, på ett eller annat sätt, och därigenom skapa grunden för ett värmebatteri som kan lagra värme och använda den vid ett senare tillfälle och på en annan plats. Detta är en lösning för den fluktuerande tillgången på förnybar energi i bostäder och byggnader, och för ändamålsenlig återanvändning av "värmeavfall" på en annan plats.

Även om principen för batteriet kan vara enkel, är det verkligen inte det att använda det i ett batteri. Bevittna att Adan har arbetat med detta i över 12 år. Till exempel är valet av det specifika saltmaterialet inte självklart. Det finns tusentals kända reaktioner av salthydrater med vatten. Adan studerade dem alla i detalj och upptäckte till slut att endast ett mycket begränsat antal har de rätta egenskaperna för användning i ett batteri.

"En sådan saltkristall blir större och mindre, värme går in och ut hela tiden. Så det händer något med en sådan partikel. Som ett resultat kan den snabbt sönderfalla eller klumpa ihop sig med andra partiklar. Så du behöver ett material som du kan fortsätta att använda cykliskt, säger Adan. Till slut bestämde han sig och hans team för kaliumkarbonat som bas, ett lätt extraherat salt som finns i många produkter, som mat, tvål eller glas.

Då behöver du också en enhet som kommer att utnyttja potentialen i detta material fullt ut. Om det ska få plats i ett hus måste det vara kompakt, och helst även prisvärt samt högeffektivt. "Så man börjar titta på alla typer av reaktorkoncept, som i vakuum eller utomhus, men utan framgång hittills", säger Adan.

Så småningom kom Adan fram till det så kallade slutna systemet, en demonstrator som han byggde av 2019. Detta recirkulerande system består av komponenter som en värmeväxlare, fläkt, förångare/kondensor och en panna med saltpartiklar. Vid 7 kWh var grejen fortfarande ganska minimal – i teorin skulle detta kunna ge uppvärmning för en typisk familj på fyra i två dagar.

"Det såg fortfarande ganska grundläggande ut, med befintlig, mogen teknik, men det tillät oss att visa att vårt koncept, enkelt som det var, fungerade." Bevis som gjorde att Adan inom det europeiska konsortiet HEAT-INSYDE (inklusive TU/e, TNO, Caldic och parter från Frankrike, Belgien, Polen och Schweiz) kunde vinna en europeisk subvention på sju miljoner euro för vidareutveckling. Teamet satte sedan igång med att "uppgradera" demonstratorn till en prototyp redo att användas i praktiken. Detta har nu uppnåtts.

2. Tekniken är optimerad för verklig användning

Måttmässigt är prototypen som nu har realiserats förmodligen jämförbar med demonstratorn, men där slutar de synliga likheterna. Prototypen ser ut som ett slags stort skåp med dussintals skåp, med alla möjliga lösa kablar som sticker ut från sidan.

Otroligt nog representerar varje duo av små "skåp" ett värmebatteri som matchar hela den ursprungliga demonstratorn vad gäller lagringskapacitet. Hela enheten innehåller ett 30-tal "skåp" med en total lagringskapacitet på över 200 kWh. Adan sätter det i perspektiv:"Det motsvarar två fulladdade Tesla."

"Vi har optimerat den tidigare versionen på otaliga sätt," förklarar Adan stolt. "Vi gjorde om de enskilda komponenterna, som förångaren och värmeväxlaren, utnyttjade utrymmet bättre och använde andra material." Samtidigt innehåller enheten även ett mät- och styrsystem, till exempel, så att du vet när du ska ladda och hur mycket värme som finns kvar i systemet.

De flesta applikationer kräver inte ett så stort batteri. Det är därför vi medvetet valde de där flera, små enheterna som du kan kombinera efter behag; ett modulärt system, med andra ord. "Om du har en stor behållare med salt måste du börja använda allt på en gång. Det är verkligen ineffektivt", säger Adan. Så du kan använda "bitar" av batteriet, separat från resten.

Dessutom erbjuder de separata enheterna alla typer av designmöjligheter, vilket gör olika former och storlekar möjliga, beroende på önskad praktisk situation. Adan talar om en användarorienterad prototyp. "Det är ännu inte en produkt, men allt är nu redo att testas för första gången i en verklig situation."

Och den testningen kommer att börja senare i år, med de första piloterna av värmebatteriet i hemmen. Ett batteri på cirka 70 kWh kommer att installeras – tillräckligt för att hålla några dagar utan sol eller vind – i fyra hem, två i Eindhoven, ett i Polen och ett i Frankrike.

Även om det "bara" är fyra bostäder räknar Adan med att de kommer "lära sig oerhört mycket av det här". Till exempel kommer testning att ge värdefull input om vad mer som behövs i praktiken för att applicera batteriet i stor skala samt vad användaren tycker om det. Ska det till exempel finnas en app för att driva batteriet?

3. Värmetransport är avgörande i energiomställningen

Tanken som startade det hela var värmebatteriet som lagringsmedium i hemmen. Under tiden tittar konsortiet dock även på värmelagring i kontorsbyggnader, växthusodling eller till exempel elbussar eller lyxfartyg.

Men, insåg de, om detta termiska batteri kan lagra värmeförlustfritt, kan det också transporteras förlustfritt. Det händer ju inget annat med det torra saltet så länge inget vatten tillsätts. Det är precis där det termiska batteriet kan göra skillnaden, eftersom andra former av värmetransport, såsom genom rör eller fasövergångar, alltid leder till förluster.

Konsortiet fokuserar därför också på industriell restvärme som värmekälla, ett slags "värmeavfall", som det som genereras som biprodukt i fabriker eller överskottsvärme från datacenter. Denna värme är inte så "het" längre; vid temperaturer under 150 grader Celsius har det inget värde för de flesta industrier.

För hem är dock sådan värme mycket användbar. Sådana temperaturer är mer än tillräckliga för att värma upp ditt hem eller ta en varm dusch. Om industriell restvärme kunde användas för att värma bostäder har du en win-win-situation:hem kan göras oberoende av gas – ett ännu mer akut behov med tanke på beroendet av (rysk) gas – och CO₂ utsläppen skulle minska.

Adan gör en snabb uträkning. "I Nederländerna har vi cirka 150 PetaJoule (ett antal med 15 nollor) restvärme från industrin per år. Det skulle göra det möjligt för dig att ta nästan 3,5 miljoner hem från gasen, vilket är mer än dubbelt så mycket som den holländska regeringens mål, nämligen 1,5 miljoner hus gasfria till 2030."

Om du överlagrar placeringen av källorna för industriell restvärme och bostäder på en karta över Nederländerna, säger Adan att matchningen är ganska bra. Det är inte mer än 30 kilometer mellan dem.

Det är dock fortfarande för mycket för värmenät, metoden regeringen nu fokuserar på. "Värmegaller använder rör med vatten, vilket kyler och därför begränsar din aktionsradie", förklarar Adan. "Dessutom har värmenät en rejäl investeringsrisk och hela landskapet måste brytas upp för att bygga dem – inte ett attraktivt alternativ."

Med ett konsortium som inkluderar Cellcius (mer om det om ett ögonblick), Ennatuurlijk, Demcon, SiTech, TNO, Brightside och SABIC, förbereder Adan därför nu ett verkligt testförsök för att använda värmebatteriet för återanvändning av industriell restvärme. Restvärme från Chemelot Campus i Sittard-Geleen kommer att transporteras till ett femtiotal bostäder i kvarteret i samma kommun.

Adan:"Med en värmeladdningsstation på SABIC samlar vi in ​​värme och torkar saltet. Detta salt kör vi sedan med lastbil till ett slags "transformatorhus" i bostadsområdet, varifrån de femtio bostäderna försörjs med värme via rör. Så vi behöver inte vara i själva hemmen."

Och ja, att använda lastbilar är inte klimatvänligt, men Adan kan lugna alla. "Utsläppen från detta är försumbara jämfört med de utsläpp vi sparar med denna värmetransport. Dessutom vill vi snart gå över till eldrivna lastbilar."

Piloten ska starta under loppet av nästa år, när de första lastbilarna lastade med "energi" kan komma ut på vägen.

4. Övergången till valorisering stärker utvecklingen

Nu när tekniken är på väg att rullas ut i samhället har man även tagit steg på den organisatoriska och ekonomiska sidan. Till exempel grundades avknoppningen Cellcius – den första kombinerade avknoppningen av TNO och TU/e ​​– i slutet av 2020. "Företaget grundades formellt den 11:e 11:e, som det ska vara i Brabant", skrattar Adan, i en nick till datumet för den traditionella starten på karnevalen.

Det unga företaget är fortfarande litet, med fem personer för tillfället. Men Adan förväntar sig att de ska ha vuxit till cirka 10 till 15 personer i slutet av året. "Från Eindhoven Engine får vi också många studenter från alla typer av studier att samarbeta om olika aspekter."

Sedan det sjusiffriga europeiska bidraget har också en hel del ytterligare medel säkrats för att möjliggöra förverkligandet av det kommande pilotprojektet för bostäder. Och tack vare nyligen genomförda investeringar från Brabant Development Corporation, Innovation Industries och GoeieGrutten Impact Fund har sista handen lagts på den finansiella bilden för värmetransportpiloten.

Nu när Adan, genom Cellcius, inte längre är involverad enbart som forskare utan också har en fot i valorisering, ser han hur denna interaktion har en förstärkande effekt på tekniken. "Eftersom du nu verkligen arbetar med en produkt, som i sin tur genererar nya frågor för grundarbetet, tekniken. Det här är ett underbart exempel på samskapande och hur det låter dig accelerera den cykeln."

Trots det stora löftet om tekniken han har till sitt förfogande förblir Adan jordnära. "Även om potentialen är stor, har vi också sett många stora potentiella tekniker som inte har lyckats. Så vi kommer att hålla fötterna på jorden och ta det här ett steg i taget. Jag är bara med i det här för ett sak:det är fantastiskt att kunna bidra till energiomställningen."