Elektrische energieopslag is een vitaal element in de integratie van hernieuwbare energiebronnen. Onderzoekers van VITO/EnergyVille ontwikkelen nieuwe opslagmaterialen en -technologieën, verbeteren bestaande oplossingen en werken mee aan nieuwe batterijsystemen.

Duurzame schepen ontwerpen met batterijmodules

Moderne scheepsbouwers proberen geluidshinder, CO2-uitstoot en waterverontreiniging te vermijden. Zo komen ze voor sommige schepen bij elektrische aandrijving uit. Elektrische motoren zijn vooral geschikt voor schepen die veel korte afstanden afleggen, zoals ferry’s en ijsbrekers. Met batterijen kun je niet dagenlang op zee blijven. Het EU-project NAVAIS, waar ook VITO aan deelneemt, onderzoekt de voorwaarden die elektrische aandrijving voor schepen mogelijk maken.

Uitdagingen

“VITO werkt binnen NAVAIS aan drie uitdagingen”, vertelt Peter Coenen, senior onderzoeker Batterijtechnologie. “De eerste is thermisch beheer. Batterijen houden van een constante omgevingstemperatuur van zo’n 20 graden Celsius. Maar in schepen kan het heel warm of heel koud zijn. De thermische conditionering van een batterij is dus belangrijk. VITO ontwerpt rekenmodellen die bekijken hoe batterijen in de tropen of aan de Noordpool zullen reageren.” “Een tweede aspect is de aggregatie van batterijmodules. Een schip kan verschillende formaten van batterijen aan boord hebben. Die hebben elk hun eigen battery management system (BMS). Voor meerdere batterijen zal dat BMS modulair zijn. Maar een kapitein heeft één getal nodig dat aanduidt over hoeveel vermogen en autonomie het schip nog beschikt. VITO ontwikkelt daarom een algoritme om batterijmodules samen te voegen.”

Supersnel laden

Een derde onderzoekstopic is de snelheid waarmee batterijen geladen kunnen worden. Een typische ferry maakt een oversteek van een halfuur en ligt dan tien minuten aan de kade. In die tien minuten zou de batterij opgeladen moeten zijn. Maar bij de meeste batterijen duurt het laden langer dan het gebruik. “Om te vermijden dat scheepsbouwers supergrote batterijen moeten plaatsen, werken we aan snellere laadtechnologieën”, zegt Peter Coenen. “Het moeilijke daaraan is dat een batterij beschadigd kan raken als je ze met te veel stroom gaat laden. Door de elektrochemie van een batterij te simuleren, kunnen we de maximaal toelaatbare stroom bepalen.”

Modulair ontwerpen

De snellere laadtechnologie kadert in een nieuwe methode om schepen te ontwerpen. Traditioneel wacht een scheepsbouwer op een vraag van een klant om een ontwerp voor een schip te tekenen. Pas als de klant het ontwerp goedkeurt, mag de scheepsbouwer een offerte opmaken. Zo gaat er veel tijd en geld naar het ontwerpen van schepen die misschien nooit gebouwd zullen worden. “Binnen NAVAIS ontwikkelen we een methode die schepen in modules opdeelt. Met die modules kan een scheepsbouwer sneller en goedkoper een ontwerp maken”, vertelt Peter Coenen. “De Europese Commissie hoopt met die aanpak de Europese scheepsbouwsector competitief te houden. Het project telt een vijftiental partners, onder wie de Nederlandse scheepsbouwer Damen. Binnen vier jaar zouden de medewerkers van Damen met het nieuwe ontwerpproces aan de slag moeten zijn.”

Traditioneel zijn er twee manieren om energie te stockeren: in batterijen of in condensatoren. De nieuwe ‘ultracap’-technologie, die VITO helpt te ontwikkelen, combineert het beste van de twee: ze biedt de energieopslag van een batterij en de levensduur van een condensator.