Lithiumbatterijen worden veel gebruikt om tijdelijk energie op te slaan. Ze hebben echter een paar belangrijke nadelen. Een ervan is dat ze niet geschikt zijn om die elektriciteit langdurig vast te houden en over een langere periode weer af te geven. AquaBattery uit Alphen aan den Rijn heeft een alternatief ontwikkeld, dat simpelweg werkt met water en keukenzout. In aanloop naar de opschalingsfase schakelt de start-up nu de Business Unit Machinebouw van SPIE in om een deel van de productie voor zijn rekening te nemen.
Een goed idee hebben en het dan als commercieel product naar de markt brengen. Het is een ingewikkelde reis, maar Jiajun Cen en zijn collega’s bij AquaBattery hebben na tien jaar pionieren en ontwikkelen hun einddoel in zicht. De flow-batterij van het bedrijf uit Alphen aan den Rijn is inmiddels toe aan zijn vierde demoproject; het systeem wordt eind deze maand geïnstalleerd bij onderzoeksinstituut Deltares in Delft. Het idee achter de innovatie van AquaBattery ontstond bij toeval. Cen, destijds nog promovendus chemische technologie aan de Imperial College in Londen, ontmoette medeoprichter Emil Goosen tijdens een competitie die werd georganiseerd door Fujifilm. ‘Dat bedrijf zocht nieuwe markten waar het met zijn kennis over dunne laagjes en membranen het verschil zou kunnen maken’, vertelt Cen. Een van de ideeën was om membranen in te zetten voor het ontzilten van zeewater. ‘Dat proces is omkeerbaar en we realiseerden ons dat het op die manier erg op een batterij begon te lijken.’ Cen en Goosen begonnen te tekenen en te rekenen, sparden met leveranciers en besloten een bedrijf te starten om hun idee realiteit te maken.
Huis- tuin- en keukenzout
Om de flow-batterij van AquaBattery te begrijpen, legt ceo Cen uit hoe het achterliggende chemische proces werkt. ‘Het is het ontzoutingsproces, maar dan omgekeerd. Dan heb je het over water dissociëren’, begint hij. ‘Dat is wat anders dan water splitsen, want dat is een hoog energetisch proces. Bij waterdissociatie haal je van het H2O-molecuul een H+-ion af. Dat is een zuur die je van het basische OH--ion scheidt door middel van een membraan.’ Zo’n membraan is niet meer dan een filter. In de meest simpele vorm houdt een membraan grote deeltjes tegen en laat hij kleine deeltjes door. Maar een membraan kan ook worden ontworpen om bepaalde functionele groepen te filteren. In dit geval dus positief en negatief geladen ionen, die allebei naar een eigen reservoir worden getransporteerd. ‘Om de reactie aan de gang te krijgen, heb je elektriciteit nodig, en een elektrolyt’, gaat Cen verder met zijn uitleg. ‘Wij hebben gekozen voor keukenzout, natriumchloride dus.’ Het ingenieuze is dus dat het proces reversibel is. ‘Dus als je de gefilterde H+- en OH--ionen weer bij elkaar brengt, komt er elektriciteit die je erin had gestopt weer vrij. Daarmee fungeert ons systeem als een batterij waar je elektriciteit in kunt opslaan en weer uit kunt halen.’
Schaalbaar en flexibel
AquaBattery kan 25 kilowattuur in een kuub water opslaan. ‘Dat is meer dan voldoende om competitief te zijn in de markt voor langdurige energieopslag’, zegt Cen, die er gelijk aan toevoegt dat de energiedichtheid van de veel bekendere lithiumbatterijen vele malen hoger ligt. ‘En de efficiëntie van die batterijen is ook beter. Maar ze hebben ook nadelen. Om te beginnen kost het heel veel energie om lithium te winnen en te recyclen. Daarnaast zijn lithiumbatterijen niet goed schaalbaar en daardoor niet geschikt voor langdurige opslag.’ Dat laatste statement heeft wat uitleg nodig. Alle batterijen hebben twee belangrijke eigenschappen: het vermogen aan energie die ze in één keer kunnen geven - uitgedrukt in ampères of kilowatt - en de tijdsduur dat ze die energie kunnen afgeven – uitgedrukt in kilowattuur. Cen: ‘Ik geef altijd het voorbeeld dat het aantal watt zegt hoeveel televisies ik tegelijkertijd aan zo’n batterij kan hangen, en het aantal kilowattuur hoe lang ze het dan blijven doen.’ Bij lithiumbatterijen zijn die twee karakteristieken met elkaar verbonden. ‘Je kunt ze niet onafhankelijk van elkaar veranderen en dat maakt die batterijen voor bepaalde toepassingen ongeschikt’, verduidelijkt Cen. ‘Als er bijvoorbeeld 10 uur lang non-stop 100 kilowatt nodig is, is dat met een lithiumbatterij nauwelijks te doen; het wordt in ieder geval heel erg duur.’ De twee eigenschappen zijn met de technologie van AquaBattery juist wel heel goed schaalbaar. Als er meer vermogen nodig is, worden er membraanstacks toegevoegd. En als meer kilowattuur wordt gevraagd, kan dat worden opgelost door een grotere waterbak neer te zetten. ‘Het is heel flexibel’, claimt Cen dan ook. Hij geeft een voorbeeld van hoe het in de praktijk zou kunnen werken: ‘We zijn in contact met een bouwer van offshore windmolens. Die palen hebben een diameter van 20 tot 25 meter en zijn onderin helemaal leeg. Daar kan dus prima zo’n waterbatterij worden geplaatst; hoe groot hij maar wil. Maar ook bij de bouw van nieuwe panden zou je net een metertje dieper kunnen graven zodat er plek is voor de reservoirs van onze batterij.’
Voor en achter de meter
Voor welke toepassingen zijn de AquaBattery’s het meest geschikt? ‘We richten ons op zakelijke toepassingen en zien twee hoofdmarkten: achter de meter en voor de meter’, antwoordt Cen, verwijzend naar de elektriciteitsmeter in huizen en bij bedrijven. Met ‘achter de meter’ doelt Cen op het eigen elektriciteitsnetwerk dat bijvoorbeeld op een bedrijfsterrein ligt. ‘Met zonnepanelen kunnen bedrijven daar zelf energie opwekken, en die opslaan in onze batterij als ze het niet meteen nodig hebben. Natuurlijk kun je de overtollige energie ook terugleveren aan het net maar als je daarvoor moet betalen zoals nu vaak het geval is, is dat niet gunstig. Veelal is teruglevering niet eens een optie vanwege netcongestie. Zonder batterij is dan het enige alternatief om de zonnepanelen uit te schakelen, terwijl we die duurzame energie hard nodig hebben.’ ‘Voor de meter’ gaat wat AquaBattery betreft vooral over grootschalige zonnevelden en windparken. ‘Zon en wind zijn variabel terwijl het net graag een constante energielevering ziet’, weet Cen. ‘Met een batterij zoals de onze kun je die energie bufferen en langdurig uitleveren.’
Zeecontainer
Omdat AquaBattery niet alles tegelijk kan, richt het bedrijf zich in eerste instantie op die lokale energienetwerken. ‘Voor één huishouden is het niet rendabel, want daar wordt nooit zo veel extra energie opgewekt voor de grootte van onze batterij. Daar kun je prima met lithiumbatterijen uit de voeten. Voor wijken of – nog interessanter – voor grotere bedrijven, die veel zonnecellen op hun dak hebben liggen en wellicht nog willen uitbreiden, biedt ons systeem een uitkomst.’ AquaBattery levert zijn oplossing in een 40 voet lange zeecontainer waarmee het 300 kilowatt kan genereren. Dat is nogal een gevaarte, maar Cen legt uit dat het niet per se kleiner hoeft. Op die bedrijfsterreinen is altijd wel ergens een plekje te vinden, aldus de directeur van het Alphense bedrijf. ‘Mensen vergelijken ons systeem vaak met lithiumbatterijen en dan lijkt het wellicht groter. Maar je moet niet vergeten dat een lithiumbatterij een groot koelsysteem nodig heeft en dat er rondom ruimte vrij moet blijven in verband met brand- en explosiegevaar. Dat hoeft bij een AquaBattery
allemaal niet.’
Productie bij SPIE
In eigen beheer heeft AquaBattery drie demo-installaties gebouwd. Maar het bedrijf beseft dat zijn kracht niet bij productie ligt. Zeker niet als er straks honderden systemen moeten worden opgeleverd. ‘We hadden al een samenwerking met Pure Water Group, een specialist in waterinstallaties, die het projectmanagement voor zijn
rekening heeft genomen’, vertelt Cen. In overleg is besloten om een deel van de productie uit te besteden aan de Machinebouw-afdeling van SPIE, waar PWG al jarenlang mee samenwerkt. Cen was verrast toen hij daar met een aantal collega’s op bezoek ging. ‘Zo professioneel, zo groot, we zagen gelijk heel veel mogelijkheden als we straks klaar zijn om echt op te schalen. Zowel “voor de meter” met grote multimegawattsystemen als “achter de meter” waar grote aantallen nodig zijn. Voor SPIE is productie haar bread and butter.’ De opdracht sluit goed aan bij de capaciteiten van SPIE, zegt Maykel van Berkel, operationeel manager en verantwoordelijk voor de regio Zuidwest-Nederland. ‘Het is een combinatie van mechanische en elektrotechnische modulebouw die ons op het lijf geschreven is. We hebben nu de eerste skid opgebouwd in onze werkplaats, en daarna gemonteerd in de container op onze buitenplaats. Kant en klaar, en afgetest.’ Voor dit eerste systeem kreeg SPIE de besturingskast nog toegeleverd, maar Van Berkel kijkt graag vooruit: ‘Het is zeker een optie dat wij die samen met AquaBattery verder ontwikkelen en we ze hier op de werkvloer bouwen. Dan hoeven we ze maar van links naar rechts te brengen en kunnen we alles makkelijk aansluiten.’
In 2026 live
Dat soort vragen gaan AquaBattery en SPIE de komende tijd beantwoorden. Want ze hebben allebei hoge verwachtingen van de flow-batterij. ‘Hoewel SPIE in zijn andere divisies al meebouwt aan de energietransitie is het voor de Machinebouw-tak een van de eerste projecten in die sector. Daarmee heeft het voor ons een bijzonder randje’, aldus Van Berkel. ‘We geloven erin dat het een succes gaat worden en dat de samenwerking een mooi vervolg krijgt, met grotere aantallen.’ Een opdracht die volgens Van Berkel ook goed past bij SPIE. ‘We zijn niet alleen geënt op one-offs, maar zijn ook sterk als een product seriematig moet worden uitgerold. Daar kunnen we dan een totale productieplanning omheen bouwen; iets dat we in eerdere projecten al vaak hebben laten zien.’ Cen besluit: ‘Wij zijn nog in ontwikkeling, dus de komende periode zal het om enkele systemen gaan. Als we in 2026 echt live gaan, verwachten we dat het snel zal gaan. Dan moet je denken aan enkele honderden systemen per jaar. Dan is het fijn om een productiepartner als SPIE te hebben: wij hebben de ideeën, zij hebben de ontwikkel- en productiecapaciteiten om die te realiseren.’
