Verbetering van hoeveelheid energie uit water

Energie die wordt opgewekt op plaatsen waar zoet en zout water bij elkaar komen wordt blauwe energie genoemd: een relatief nieuwe, maar veelbelovende duurzame energiebron. Piotr Dlugolêcki van de Universiteit Twente en Wetsus verbeterde de in Nederland meest gebruikte methode om blauwe energie op te wekken. Hierdoor kan een drie tot vier keer zo hoge energieopbrengst gehaald worden. Dlugolêcki promoveert woensdag 18 november bij de faculteit Technische Natuurwetenschappen.

Een veelbelovende duurzame energiebron is blauwe energie. Blauwe energie wordt opgewekt op plaatsen waar zoet en zout water bij elkaar komen, bijvoorbeeld waar rivieren de zee in stromen. De energie wordt opgewekt door het verschil in zoutgehalte tussen zoet en zout water.
Als je zout oplost in water, valt dit uiteen in geladen deeltjes (ionen): positieve en negatieve ionen. Zout water heeft dus veel meer geladen deeltjes dan zoet water, wat je kunt gebruiken om elektriciteit op te wekken. Dit gebeurt onder andere met speciale membranen, die alleen selectief positief of negatief geladen deeltjes doorlaten. Er ontstaat hierdoor een ladingsverschil over de membranen, dat omgezet wordt in elektriciteit. Dit wordt omgekeerde elektrodialyse genoemd. Er kunnen tot wel 5000 membranen – ter grootte van een aantal vierkante meters per stuk– achter elkaar geplaatst worden. Piotr Dlugolêcki van de Universiteit Twente onderzocht deze vorm van blauwe energie en richtte zich specifiek op het transport van de ionen om de hoeveelheid energie te optimaliseren. Door zijn verbeteringen is een twee tot drie keer zo hoge energieopbrengst te halen. Hij voerde zijn onderzoek uit bij Wetsus, een onderzoeksinstituut op het gebied van duurzame watertechnologie.

Schaduweffect
Zout en zoet water stromen in de ruimtes tussen de membranen. Op het grensvlak tussen het water en het membraan worden de geladen deeltjes, ionen, vanuit het zoute water door het membraan heen, naar de zoetwaterkant getransporteerd. Dit gebeurt in de zogenaamde diffusiegrenslaag. Om zoveel mogelijk energie op te wekken is het belangrijk dat het water goed gemengd is en gelijkmatig langs de membranen stroomt. Om dit te bewerkstelligen en om turbulentie in die diffusiegrenslaag te creëren, bevindt zich in de ruimte tussen twee membranen een spacer, een netachtige structuur. Een nadeel van het gebruik van de beschikbare, gewone spacers is dat deze geen geladen deeltjes kunnen transporteren. Daardoor kan het deel van de membranen dat bedekt is met de spacer, niet gebruikt worden om energie op te wekken, wat resulteert in een lagere energieopbrengst. Het effectieve membraanoppervlak dat beschikbaar is voor het opwekken van energie is daardoor dus kleiner dan het daadwerkelijk aanwezige membraanoppervlak (schaduweffect).
Dlugolêcki onderzocht hoe hij deze effecten kon minimaliseren en een zo groot mogelijke hoeveelheid energie zou kunnen opwekken uit het mengen van zee- en rivierwater. Hij ontwikkelde geleidende spacers, waardoor een energiewinst van 200% bereikt kan worden. Door verbeterde menging en stroming van het water langs de membranen bleek het mogelijk de energieopbrengst met nog eens een factor 2 te verhogen.

DELEN