MOGELIJKHEDEN VOOR DE 'CO2-BATTERIJ' VAN ENERGY DOME MET DE OPSLAG VAN DE GE-DE-COMPRIMEERDE CO2 IN ZOUTCAVERNES OF CO2-NET ?

 

 Op 23 oktober tekenden elektriciteitsproducent Alliant Energy in Wisconsin U.S.A. en Energy Dome een contract voor de bouw van een 20 MW/200MWh cryogene elektriciteitsopslag middels samengeperste CO2. Sinds 2022 heeft het Italiaanse Energy Dome een 2,5MW/4MWh opslag ontwikkeld waarbij zuivere CO2 wordt samengeperst. Behalve de samengeperste CO2 wordt ook de warmte die bij dat samenpersen van het gas vrij komt opgeslagen. Tijdens het ontladen laat men de CO2 uit deze hoge druk silo vervolgens een turbine aandrijven. Doordat tijdens het uitzetten van het gas de temperatuur daalt, en dus ook de druk daalt, daalt de opbrengst van de turbine. Maar daarom wordt de tijdens het comprimeren van de CO2 in een watertank opgeslagen warmte benut om het afkoelende CO2 gas in de turbine weer op te warmen. Het samen persen van CO2 werkt beter dan lucht. Neem als voorbeeld een CO2-brandblusser. Zo'n fles met cryogene CO2-'sneeuw' heeft een veel lagere druk dan vloeibare lucht. Bij het samen persen van een gas komt ook warmte vrij. Wat misschien dan ook een rol speelt is dat CO2 tijdens het comprimeren, en dus opwarmen van de watertank, beter als werkmiddel in een warmtepomp werkt dan lucht. Er draaien elders soortgelijke installaties met gecomprimeerde lucht, zoals in het Duitse Huntorf (321MW/1284MWh) maar daar is het gebruik van aardgas tijdens het decomprimeren noodzakelijk. Maar in het geval van gecomprimeerde CO2 (met het opslaan van de warmte tijdens het comprimeren) is het verbranden van aardgas dus niet nodig. Het nadeel is wel dat de CO2 uit de turbine wel opgevangen moet worden. Dat gebeurt in een enorme zak waaraan Energy Dome haar naam heeft ontleend. Het rendement zou ongeveer 75 % bedragen.

 Aan mijn schrijven kunnen geen wetenschappelijke feiten worden gegarandeerd. Maar ik denk dat deze lage drukopslag van CO2 niet bij 0 bar overdruk geschiedt. Bedraagt de druk in de 'dome' na het décomprimeren in de gasturbines bijvoorbeeld 5 bar overdruk dan heb je weliswaar een iets lager drukverschil en dus een lagere opbrengst van de samengeperste CO2. Maar je kan dan, als je extra CO2-druksilo's bij bouwt, wel 5 keer zoveel vloeibare CO2 en dus energie opslaan.

 De elektriciteitsopslag is wat betreft het benodigde landoppervlak laag. Maar als je een methode van opslag a.g.v. lage variabele kosten en een redelijk hoog rendement veel vaker kan gebruiken kom je misschien tot een concurrende kostprijs, en te investeren kapitaal, per teruggeleverde kWh. Ook als je de CO2 met een lage druk van de cryogene CO2-batterij, of het waterstofgas van een HBr-flowbatterij, op zou kunnen slaan in een zoutcaverne zou je die per jaar misschien wel 200 keer kunnen gebruiken en bespaar je met een geringere inzet van aardgascentrales misschien nog meer aardgas dan wat je slechts één keer per jaar aan aardgas als wintervoorraad kan opslaan.

 Energy Dome heeft haar 2,5MW/4MWh testinstallatie staan in Ottana op Corsica. Momenteel bouwt Energy Dome op haar terrein ook nog een 20MW/200MWh installatie die Q1 2025 klaar zal zijn en gelijk is aan de installatie die Energy Dome gaat leveren aan Alliant Energy. Deze twee installaties zijn ook te zien op Google Earth. Dus inclusief de tank die het hete water moet opslaan, de turbinegebouwen, de silo's waarin de vloeibare CO2 wordt opgeslagen en uiteraard de enorme zak waarin na het decomprimeren de CO2 moet worden opgeslagen. Ik schat dat deze lage druk CO2-opslag circa 300 meter bij 100 meter is en dus 3 hectare beslaat. En indien 30 meter hoog dus een inhoud van 900.000 m3. Een gasopslag maakt bijvoorbeeld bij een HBr-flowbatterij al een belangrijk deel uit van de kostprijs. En dat terwijl waterstofgas veel meer energie kan leveren dan de CO2 bij lage druk in het systeem van Energy Dome.  HBr-flowbatterijfabrikant Elestor heeft dan ook het plan om de gasopslag uit te sparen door de HBr-flowbatterij te koppelen aan een H2-net. Opslag in een zoutcaverne zou de waterstof te veel vervuilen voor de PEM-membranen van de HBr-batterij. Maar zou met een koppeling aan een CO2-leidingnet of zoutcaverne de kostprijs van de CO2-batterij van Energy Dome dan wel kunnen dalen?

Nog ongebruikte zoutcavernes bij Zuidwending en Heiligerlee.

 In de ondergrond van het Groningse Zuidwending en Heiligerlee bevinden zich als gevolg van zoutwinning zoutcavernes. Deze zijn te ondiep en te groot voor de opslag van aardgas (dat onder zeer hoge druk moet plaats vinden) en zouden dus groter moeten zijn dan 1.000.000 m3, want zo groot zijn de zoutcavernes die wel voor opslag van aardgas gebruikt worden. Derhalve zouden volgens mij deze cavernes wel gebruikt kunnen worden als 'dome' voor het telkens opvangen van de CO2 dat tijdens het ontladen van de 'batterij' uit de turbines komt.

Dubbele benutting van de CO2-opslag van de energy dome als H2-opslag van een HBr-flowbatterij?

 

 Tijdens het ontladen van een HBr-flowbatterij wordt de H2-opslag leeg getrokken. Terwijl tijdens het ontladen van de CO2-batterij de gasopslag juist wordt gevuld. Per MWh heb je met een HBr-flowbatterij minder H2 nodig dan CO2 in de opslag van Energy Dome en derhalve zou men ruimte kunnen besparen door in de CO2-opslag een aparte H2-opslagzak te plaatsen.

Koppeling van de cryogene CO2-batterij aan een CO2-leidingnet?

 Koppelen aan (toekomstige) CO2-leidingen zal minder efficiënt werken. Want wanneer de CO2 onder lage druk vrij komt in de Energy Dome wordt door gascentrales en biomassacentrales juist meer CO2 geproduceerd en moet de extra CO2 juist met meer verbruik van elektriciteit in het lege gasveld onder hoge druk worden geperst. Ook koppeling van de Energy Dome aan een CO2-leiding voor het gebruik in kassen zal niet werken. Want als op zonnige middagen een Energy Dome de CO2 nodig heeft om overtollige PV-stroom op te slaan hebben de planten in de kassen juist ook extra CO2 nodig.

Leon Nelen.