TU/e Sustainability Fund

In de toekomst komt onze energie grotendeels uit duurzame bronnen, zoals de wind. Maar als het niet waait, stokt de aanvoer. Nederland wil in 2050 tussen de 38 en 72 gigawatt aan offshore windenergie opwekken. Maar ons net kan maar 20 gigawatt aan. Twee kinken in de kabel die kunnen verdwijnen dankzij het onderzoek van Donsheng Yong, Assistant Professor bij Electrical Energy Systems.

Voor de optimale balans op ons netwerk is een stop nodig tussen opwekken en gebruik. Volgens Donsheng is dat groene waterstof, opgewekt met de energie van windparken op zee. Het is goed op te slaan en geschikt om er later weer elektriciteit mee op te wekken, maar kan ook worden omgezet in andere brandstoffen om mee te koken en/of verwarmen. Dit is nog maar één van de projecten rond waterstof die ons energielandschap voorgoed ten goede gaan veranderen.

Woningen die zijn gebouwd tussen 1945 en 1990 bezorgen gemeentes en woningbouwcorporaties hoofdpijn. Het zijn er veel en ze zijn niet of matig geïsoleerd. En als dat wel zo is, is het gebruikte materiaal verouderd of zelfs vergaan. Hoe kunnen we die kosten-efficiënt en snel toch duurzaam maken? Dat was de vraag die Lisanne Havinga kreeg tijdens haar PHD over naoorlogse woningen in Amsterdam.

Ze bedacht De Rekenkern light: software op een supercomputer die voor deze probleemwoningen kan uitrekenen hoe je ze optimaal duurzaam renoveert. De resultaten waren baanbrekend: per woning was er nog maar één dag werk nodig. Nu wil ze de lightversie opwaarderen naar een systeem dat hetzelfde doet voor de rest van Nederland.

Iedereen die wel eens de status van de batterij van een mobiele telefoon checkt, ziet zelf de nadelen van conventionele batterijen: ze slijten. Door krimpen en uitzetten verliezen ze bij elke laadcyclus capaciteit. Daarnaast zijn we voor de productie aangewezen op zeldzame materialen die niet bepaald milieuvriendelijk zijn. Nog een nadeel: ze zijn niet geschikt voor grootschalige opslag. Kortom: batterijen moeten beter en duurzamer worden.

Dat vindt ook Antoni Forner-Cuenca, Assistant Professor Chemical Engineering op de TU/e. Hij werkt aan verschillende methoden om batterijen efficiënter, slijtvaster en breder inzetbaar te maken. Zijn werk is een delicaat samenspel tussen o.a. materiaalwetenschap, elektrochemische engineering en oppervlaktewetenschap. Hij werkt momenteel aan meerdere elektrochemische technologieën, waaronder brandstofcellen, elektrolyzers en

redoxflow-batterijen. Belangrijk onderzoek dat op termijn veel gaat opleveren, maar nu vooral om investering vraagt.

Elektrolyse, de methode om watermoleculen te splitsen in zuurstof en waterstof, staat de laatste jaren weer volop in de belangstelling. Dat komt niet alleen door de stijgende gasprijzen, maar natuurlijk ook omdat we niet langer afhankelijk willen zijn van fossiele brandstoffen. Waterstof maak je met een electrolyzer, een apparaat dat al decennia vrijwel onveranderd is. Dat komt omdat we niet precies weten hoe het werkt. En zonder die kennis is het lastig zoeken naar verbeterpunten.

Thijs de Groot, Assistant Professor Chemical Engineering and Chemistry, onderzoekt alkaline electrolyzers voor grootschalige waterstofproductie. Hij wil ze efficiënter maken door nieuwe materialen voor elektrodes en membranen te ontwerpen. Een deel van het geheim van de electrolyzer schuilt volgens hem in de belletjes die ontstaan bij het opwekken van waterstof. Zij drijven het proces aan, maar saboteren het ook. Het ontcijferen van die paradox is een van zijn doelen. Om dat te bereiken is funding nodig voor zijn disruptieve methoden.

In het verlengde van het project van Thijs de Groot ligt het werk van Diletta Giuntini (Mechanical Engineering). Zij doet onderzoek naar keramische en gemengde polymeer gebaseerde keramische materialen. Dilletta’s werk is grotendeels onzichtbaar, maar van niet te onderschatten belang. De materialen die dankzij haar werk gemaakt kunnen worden, helpen om processen rond het opwekken en opslaan te optimaliseren.

Ze reduceren de beperkingen van de tot nu toe gebruikte versies of doen ze zelfs teniet. De materialen die dankzij haar kunnen worden samengesteld vinden hun weg naar meerdere innovaties. Zo worden we ingezet om electrolyzers efficiënter te maken en verschillende soorten batterijen energie beter en langer te laten vasthouden. Maar ook om coatings te ontwikkelen die wrijving minimaliseren waardoor turbines krachtiger worden.

Er is een onderwerp dat regelmatig opduikt als het gaat om duurzaamheid: de opslag van vooral CO2 in ondergrondse ruimten, zoals zoutcavernes. Het gebruik van die ruimtes is interessant omdat het ons de ruimte gaat geven om optimaal te profiteren van periodes waarin we bijvoorbeeld veel waterstof kunnen produceren. De overproductie slaan we dan ondergronds op om het eruit te halen als de productie inzakt of stil komt te liggen.

Het principe klinkt simpel, maar elke ruimte heeft zijn eigen specifieke eigenschappen, zoals druk, temperatuur en natuurlijk de inhoud, bijvoorbeeld zout en vocht. Die stoffen die kunnen gaan reageren met het opgeslagen materiaal. En natuurlijk mag er niets lekken of ontsnappen.

Maja Rücker (Mechanical Engineering) onderzoekt met numerieke modellen en experimentele methoden hoe verschillende gassen en vloeistoffen zich gedragen in poreuze

ruimtes. Haar werk helpt ons om straks veilige keuzes te maken en de processen rond de opslag te optimaliseren.