Stroom uit zoet en zout water

De Afsluitdijk

Nog nergens vertoond: elektrische energie opwekken door zout en zoet water met elkaar in contact te brengen. Op de Afsluitdijk gebeurt het. Vandaag opent de koning een proefinstallatie.

Als koning Willem-Alexander woensdag de 'Blue Energy' proefinstallatie op de Afsluitdijk officieel opent, heeft Nederland een wereldprimeur. De installatie maakt elektriciteit door gebruik te maken van het ladingsverschil tussen deeltjes in zoet water en zout water.

De elektriciteit ontstaat door het zoute water uit de Waddenzee langs speciale membranen te laten stromen waar aan de andere kant zoet IJsselmeerwater loopt. Het kunstje wordt geflikt door duizenden van die membramen in afzonderlijke bakjes gemonteerde flinterdunne gaasjes die samen de oppervlakte van een voetbalveld bestrijken.

Niets ten nadele van de wereldprestatie, maar de auto (Audi A8) waarmee de koning arriveert, heeft een vier keer zo groot vermogen als deze hele Blue Energy-centrale. Toch zijn de wetenschappers dicht bij hun doel. Als zij de huidige installatie (50 duizend Watt, Volkswagen Polo) namelijk weten te verviervoudigen en het vermogen van de koninklijke bolide benaderen, beschikken zij over de centrale module die zij in principe oneindig kunnen stapelen.

Onafhankelijk van de wind en de zon

Het plan is om op de Afsluitdijk duizend van dergelijke modules te bouwen. Samen levert dat genoeg energie om alle huishoudens in Friesland, Groningen en Drenthe van stroom te voorzien. 'En dat gebeurt onafhankelijk van de wind of de zon, en het kan landschappelijk netjes in de Afsluitdijk worden geïntegreerd', zegt Pieter Hack, voorzitter van de Raad van Bestuur van REDstack, het bedrijf dat Blue Energy ontwikkelt.

De wetenschappers komen van ver. Het allereerste testje in een laboratorium van Wageningen UR leverde in 2006 met een vermogen van 0,1 W net genoeg stroom om een propellertje te laten draaien. De kabouterinstallatie werd in 2009 vertienduizendvoudigd tot 1.000 Watt (stofzuiger) bij zoutfabriek Frisia in Harlingen. En nu dus 50.000 Watt, met 'echt' zoet en zout water langs de Afsluitdijk.

Aan Blue Energy wordt een enorme potentie toegekend. Elke kubieke meter rivierwater kan bij het uitstromen in zee elke seconde 1 miljoen Watt (1 MW) elektrisch vermogen leveren. Een verkenning van geschikte rivieren in de wereld toont dat er 1.600 miljard Watt braak ligt, ongeveer de helft van de elektriciteitsbehoefte van de EU. De Nederlandse vinding zou een nieuwe dimensie aan de waterstaatscultuur kunnen toevoegen in de vorm van 'energiedijken'.

'We testen verschillende opstellingen van de gestapelde membranen om de maximale stroomproductie te bereiken', legt Hack uit. De onderzoekers beproeven ook nieuwe membranen met een hoger rendement.

Ecologische bezwaren

Als er straks op de Afsluitdijk een 200 MW-centrale staat, moet daar wel een debiet doorheen zo groot als de IJssel

Martin Baptist

Op het voormalige werkeiland Breezanddijk testen ze ook filters die slibdeeltjes en larven van vissen uit het water filteren. De ultrafijne membranen zijn immers uiterst gevoelig voor ongerechtigheden in het water. 'We testen in trommelzeven hoe fijn de mazen moeten zijn', aldus Hack. 'En we hebben al aardige resultaten bereikt door licht vervuilde membranen te ontstoppen door de stroomrichting even om te draaien.'

Toch zijn ecologen op voorhand niet gerust op de effecten van het filteren van het zoute en zoete water. 'Als er straks op de Afsluitdijk een 200 MW-centrale staat, moet daar wel een debiet doorheen zo groot als de IJssel', zegt Martin Baptist van Imares Wageningen UR. 'Er zullen gigantische hoeveelheden zoöplankton, vis- en mossellarven worden uitgefilterd.'

Hij wijst niet alleen op ecologische bezwaren, maar ook economische gevolgen. Juist in westelijke Waddenzee bevinden zich mosselzaadinvanginstallaties voor de mosselkwekers.

Onderzoek

Vanaf eind 2015 komt er daarom een onderzoek naar de gevolgen voor de Waddenzee van een grootschalige Blue Energy-centrale. Instituten als NIOZ, Imares Wageningen UR en Deltares zijn daarbij betrokken.

Ook vraagstukken als extreme droge periodes waarbij er mogelijk te weinig zoet water is, spelen daarbij een rol. 'Wij gaan ook kijken naar de mogelijkheden om het filterend vermogen van de Waddenzeebodem te benutten', zegt Luca van Duren van Deltares. 'Vis- en mossellarven worden dan niet in de installatie gezogen.'

Hoe gaat het opwekken van 'blauwe stroom'? De blauwe stroom wordt opgewekt door gebruik te maken van de verschillen tussen zoet en zout water. In kleine, van elkaar gescheiden compartimenten stromen zout water en zoet water langs half doorlatende membranen. Het compartiment met zeewater bevat zout in de vorm van natriumchloride. Daar willen de chloride-ionen (Cl-) door het membraan dat alleen negatieve deeltjes doorlaat naar het zoete IJsselmeerwater. Vanuit datzelfde compartiment dringen de natrium-ionen (Na+) door een ander membraan dat louter positieve deeltjes doorlaat naar een tweede aangrenzend zoetwaterbakje. Aan de ene zijde ontstaat dus een tekort aan elektronen, aan de andere kant juist een overschot. Van dat spanningsverschil maakt Blue Energy gebruik. Door beide bakjes met een stroomdraadje te verbinden, gaat er een elektronenstroom lopen. Het zout water wordt zoeter, het zoet water zout. Beide stromen worden als brak water geloosd.

Hoe gaat het opwekken van 'blauwe stroom'?

De blauwe stroom wordt opgewekt door gebruik te maken van de verschillen tussen zoet en zout water. In kleine, van elkaar gescheiden compartimenten stromen zout water en zoet water langs half doorlatende membranen. Het compartiment met zeewater bevat zout in de vorm van natriumchloride. Daar willen de chloride-ionen (Cl-) door het membraan dat alleen negatieve deeltjes doorlaat naar het zoete IJsselmeerwater. Vanuit datzelfde compartiment dringen de natrium-ionen (Na+) door een ander membraan dat louter positieve deeltjes doorlaat naar een tweede aangrenzend zoetwaterbakje.

Aan de ene zijde ontstaat dus een tekort aan elektronen, aan de andere kant juist een overschot. Van dat spanningsverschil maakt Blue Energy gebruik. Door beide bakjes met een stroomdraadje te verbinden, gaat er een elektronenstroom lopen. Het zout water wordt zoeter, het zoet water zout. Beide stromen worden als brak water geloosd.