Sebastian Maks
04 juli 2024, 12:23

Spaanse innovatie maakt drijvende windmolens goedkoper

Een consortium onder leiding van het Spaanse bedrijf X1 Wind ontwikkelt momenteel een drijvende windmolen die dankzij een slim ontwerp goedkoper is om te bouwen. Doordat de molen met zijn rug in de wind staat, hoeven er minder robuuste en dus dure materialen gebruikt te worden. Het consortium werd recent beloond met een investering van 13 miljoen euro vanuit de Europese Unie.

X1wind De turbine vangt wind van de andere kant dan gebruikelijk, waardoor de wieken de toren niet kunnen raken bij harde wind. | Credits: X1 Wind

Een drijvende windmolen is geen nieuwe uitvinding. Meerdere start-ups, waaronder Eolink, T-Omega
en Aikido Technologies maakten al ontwerpen voor windturbines die meedeinen met de golven van de zee. Zulke molens hebben een paar duidelijke voordelen. Allereerst is er geen staal en beton nodig om het apparaat aan de zeebodem te verankeren. Daarmee zijn de molens geschikter voor verre offshore locaties waar het erg diep is, maar wel hard waait. Ook kunnen drijvende turbines makkelijk meedraaien met de wind, zodat ze zonder extra machinerie altijd de meeste wind vangen.

Rug in de wind

Een consortium onder leiding van het bedrijf X1 Wind heeft aan dat concept iets nieuws toegevoegd. Het heeft de molen zo ontworpen dat hij op een alternatieve manier wind vangt. Dat zit zo: de meeste windmolens staan met hun ‘gezicht’ richting de wind. Als de wind draait, draait de molen mee. Een belangrijke eis daarbij is dat de wieken van zulke molens erg sterk moeten zijn. De wieken mogelijk namelijk niet te veel buigen, anders raken ze de toren en gaat de molen kapot. Hoe sterker de wiek, hoe duurder het materiaal en hoe nauwlettender hij periodiek gecontroleerd moet worden op schade.

Daarom staat de windmolen van X1 Wind juist met zijn rug naar de wind gekeerd. Hierdoor vangt de molen de wind van de andere kant, en is het niet erg als de wieken meebuigen. Die bewegen dan namelijk van de toren af, waardoor de wieken en de toren elkaar niet kunnen raken. Zo kan er minder robuust materiaal gebruikt worden, wat de molen goedkoper maakt om te bouwen. Het enige wat nodig is om de drijvende molen op zijn plek te houden, is een koord dat aan de zeebodem bevestigd wordt. Dat kan tot dieptes van wel 500 meter.

Een weergave van de alternatieve oriëntatie van de drijvende windmolen. | Credit: X1 Wind

Prototype

Het consortium werkt momenteel aan een prototype met een vermogen van 6 megawatt, dat rondom de Canarische eilanden moet komen te dobberen. Ter vergelijking: de gemiddelde conventionele windmolen op zee heeft volgens het CBS een vermogen van zo’n 5 megawatt (al is dit een ruwe schatting, aangezien de ontwikkeling van windmolens snel gaat). Volgens X1 Wind is het concept makkelijk schaalbaar, en wordt er al nagedacht over een model met een vermogen van 20 megawatt. Recent ontving het consortium een investering van 13 miljoen euro van de Europese Commissie, waarmee het de ideeën in de praktijk kan gaan brengen.

Lees ook:

Duitse wonderbatterij zorgt ervoor dat er straks minder batterijen nodig zijn

Een wonderbatterij, werd hij al genoemd in Duitse media. Er zit dertig jaar fundamenteel onderzoek in en het bedrijf heeft al vijf patenten aangevraagd. De vaste stof- oftewel solid-state-batterij van HPB kan onder meer ingezet worden bij zon- en windparken, om het net in balans te houden, om groene waterstof te produceren, om energie op te slaan voor bedrijven, woningen, gebouwen of hele wijken of in laadpalen voor elektrische voertuigen. Elke batterijmodule kan 1,28 kilowattuur opslaan. Doordat modules aan elkaar gekoppeld kunnen worden, kan de capaciteit van de batterij net zo groot worden als nodig. Als batterij in elektrische auto’s en trucks verlaagt de HPB het brandgevaar en verhoogt hij de actieradius in de winter. Het enige waar hij niet in past, is consumentenelektronica. Veroudering stoppen In principe kan de batterij de traditionele lithium-ion-batterij vervangen. Wat er zo speciaal aan is? “Onze aanpak is totaal anders. Onze oorspronkelijke aanpak was om te zoeken naar de oorzaken waardoor batterijen verouderen en die veroudering weg te nemen. Het resultaat van de zoektocht naar zo’n batterij met lange levensduur was onze solid-state-batterij”, zegt CEO en medeoprichter Sebastian Heinz van HPB Technology. Nieuwe elektrolyt De grootste revolutionaire verandering zit in de nieuwe elektrolyt die is uitgevonden door professor Günther Hambitzer en die wordt gebruikt door HPB. Een batterij bestaat simpel gezegd uit een minpool (kathode) en een pluspool (anode). De elektrolyt verbindt die twee polen en zorgt ervoor dat er elektriciteit kan stromen. In conventionele lithium-ion-batterijen is deze elektrolyt vloeibaar. Door een aantal chemische reacties vormt zich tijdens het laden en ontladen een deklaag, voornamelijk op de anode. Als deze laag groter wordt, neemt de interne weerstand van de batterij toe, neemt de capaciteit af en neemt het risico van ontbranding toe. HPB heeft een elektrolyt uitgevonden die in twee fasen in de batterijcel wordt geproduceerd. Een poeder dat eerst wordt toegevoegd, verandert door een chemische reactie in een vaste elektrolyt zodra de ontbrekende ingrediënten aan het einde van het fabricageproces als vloeistof in de cel worden gebracht. Dit vermindert slijtage en vertienvoudigt het aantal laadcycli. Het maakt ook massaproductie van batterijen mogelijk in vergelijkbare fabrieken die momenteel conventionele lithium-ion-batterijen maken. Minder batterijen nodig Door deze elektrolyt veroudert de batterij minder snel en gaat hij dus langer meer. Meer dan 12.500 laadcycli. Dat maakt hem goedkoper dan een lithium-ion-batterij. Door de weerstand binnen de batterij te verlagen neemt ook het brandgevaar af, blijkt uit testen. Door dit soort batterijen toe te passen zijn minder batterijen met minder capaciteit nodig om hetzelfde vermogen te leveren. Daardoor zijn minder batterijen nodig voor de energietransitie en dus minder metalen en materialen om ze te maken. Heinz noemt dat de paradox van de HPB. “Door betere batterijen te maken die langer meegaan verminder je de vraag naar batterijcapaciteit. En hoe minder batterijen je nodig hebt, hoe duurzamer dat is”, zegt hij. Lithium uit de Rijn De HPB-batterij gebruikt geen metalen als kobalt, maar heeft wel lithium nodig. Het winnen van dat metaal zorgt overal ter wereld voor forse milieuvervuiling. HPB zou ook lithium kunnen gebruiken, dat onder andere kan worden gefilterd uit water uit geothermische bronnen in het Rijngebied. Een onderzoeksproject daarvoor is al aan de gang. “Lithium is geen schaars goed. Het kan ook worden gewonnen uit water dat wordt opgepompt uit boorgaten in de Rijnstreek,” zegt Heinz. HPB Technology wil dat de grondstoffen voor zijn batterijen uit zo milieuvriendelijk mogelijke bronnen komen. Serieproductie HPB bereidt momenteel de serieproductie van de batterij voor. Dat gaat volgens Heinz twee jaar duren. “We verwachten de batterijen dus in 2026 of in 2027 te kunnen gaan leveren”, zegt hij. Het bedrijf gaat die niet zelf produceren, maar laat ze in licentie maken door andere fabrieken. Autofabrikanten kunnen ook alleen de solid-state-elektrolyt gebruiken voor hun eigen batterijen. De HPB-elektrolyt heeft dan nog een voordeel: de batterij werkt nog steeds uitstekend bij lage temperaturen in de winter, zoals tests bij min 40 graden Celsius hebben aangetoond. Dat terwijl de prestaties van conventionele lithium-ion-batterijen aanzienlijk afnemen bij lage temperaturen en de actieradius van elektrische voertuigen bijna wordt gehalveerd bij 0 graden Celsius. Lees ook: Deze fabrikant wil een zoutbatterij ontwikkelen met anode gemaakt van houtNieuwe fabriek in VS begint massaproductie van lithiumvrije zoutbatterijenZo bouwen we batterijen van Europese bodemHoe een miljoenenstad de hele nacht op 1 megabatterij draaitChangemaker Impact Diner Word partner van hét duurzaamheidsnetwerk. Bekijk hier de mogelijkheden.