Vaktechnisch

...met trots over de installatiebranche

Energie

Koelsystemen op zonne-energie missen de markt

18 oktober, 21:57
Koelsystemen op zonne-energie missen de markt

Het koelen van woonhuizen en etenswaren is een probleem in warme en afgelegen gebieden zonder elektriciteitsnet. Onderzoeksinstellingen wereldwijd ontwikkelen daarom duurzame koelsystemen op basis van zout, water en zonne-energie. Maar hoge productiekosten dwarsbomen commerciële realisatie.  

Mondiaal leven veel mensen off-grid, niet aangesloten op het elektriciteitsnet. Koeling is dan vaak een probleem. Zeker landen rond de evenaar herbergen veel afgelegen woongemeenschappen met grote behoefte aan koeling. Niet alleen woonhuizen vragen om koeling, maar ook verse voedingsmiddelen en kort houdbare medicijnen. Ook in desolaat gelegen gebieden in Zuid- en Centraal-Europa is er vraag naar koelsystemen die onafhankelijk van het elektriciteitsnet functioneren. Daarnaast rijst in stedelijke gebieden vanuit milieuperspectief de vraag naar duurzame energieoplossingen, waaronder milieuvriendelijke koelsystemen. De opwarming van de aarde maakt de vraag naar zelfregulerende, duurzame koelsystemen alleen maar groter. Een markt ligt open voor ontwikkelaars van groene koelsystemen.

Onderzoeksinstituten wereldwijd spelen in op de vraag. De techniek is even eenvoudig als effectief, op basis van water, zout en zonnepanelen. Door bepaalde zouten op te lossen in een waterbassin, wordt warmte onttrokken aan de omgeving, met koeling als gevolg. Het koelvermogen van het waterbassin raakt na verloop van tijd uitgeput. Regeneratie van het zout is dan nodig, zonnecollectoren leveren de daarvoor benodigde energie, waardoor een zelfregulerende koelcyclus ontstaat. Meerdere ontwikkelaars wereldwijd hebben prototypen gebouwd die bewezen efficiënt werken. Het wachten is op commerciële partijen die het product in de markt zetten. Maar marktpartijen happen vooralsnog niet toe. Wat is er aan de hand?

Koelproject in de ijskast

In september 2020 maakte TNO de lancering bekend van het concept SolarICE. Het onderzoeksinstituut specificeert de prestaties: een koelend vermogen van het gebruikte zout 200 KJ/kg zout, en uit experimenten blijkt dat de zonnekracht in India sterk genoeg is om met behulp van zonnepanelen het zout in vier uur tijd te regeneren, zonder technische ingreep van buitenaf. Bovendien kan het systeem volgens het TNO gebouwd worden met materialen die lokaal verkrijgbaar zijn, wat de productiekosten drukt. Afhankelijk van het type model en de toepassing beraamt TNO de terugverdientijd tussen 8 en 28 maanden gebruik. Daarmee is SolarICE volgens TNO ‘op dit moment de goedkoopste koelmethode voor off-grid systemen.’ Opvallend, in de lead van de aankondiging op de website staat expliciet: ‘Wij kijken uit naar partijen die deze technologie in de markt kunnen zetten.’

Een jaar na dato doet Vaktechnisch navraag bij TNO over status van de implementatie van het SolarICE-project. Wat blijkt? Het koelproject staat in de ijskast. Woordvoerder TNO Maarten Lörtzer: “De kosten voor productie van ons koelconcept blijken veel hoger dan die van de vervaardiging van reguliere koeloplossingen. Daarom lukt het ons niet om een markt aan te boren. Alleen voor medische toepassingen, zoals het gekoeld bewaren van vaccins, is er een denkbare markt, maar koelkasten werken in principe ook op zonnepanelen, zeker in landen rond de evenaar met veel zon. Aan dit project geven we daarom geen actieve bemoeienis meer, op dit moment hebben we grotere prioriteiten waar het gaat om de energietransitie. Wellicht pakken we SolarICE op een later moment weer op.”

Ammoniumnitraat als superkoeler

Ondertussen experimenteert Azië en het Midden-Oosten volop verder met het ontwikkelen van koelconcepten voor off-grid woongemeenschappen, gezien de grote vraag in deze regio’s. Peng Wang, hoogleraar Environmental Science and Engineering aan de Saoedische King Abdullah University of Science and Technology, heeft samen met zijn onderzoeksteam onlangs een prototype ontwikkeld, specifiek voor off-grid gemeenschappen. Daarbij doelen de onderzoekers op een hoge efficiëntie bij relatief lage productiekosten.

Om de efficiency van het systeem te optimaliseren heeft het team geëxperimenteerd met verschillende typen zout. Daarbij komt ammoniumnitraat (NH4NO3) als overtuigende winnaar uit de bus, met een viervoudige koelcapaciteit ten opzichte van het tweede beste type zout. Ammoniumnitraat is zo geschikt vanwege de uitzonderlijk goede oplosbaarheid in water, volgens de onderzoekers lost 208 gram zout op in 100 ml water. Bovendien is het zout goedkoop, het wordt op grote schaal geproduceerd voor gebruik als bodemverbeteraar. Een testopstelling gaf uitstekende koelresultaten. De onderzoekers plaatsten een metalen kom op kamertemperatuur en gevuld met water in polystyreen foam, waarna ze ammoniumnitraat toevoegden. Het resultaat: de temperatuur van de metalen kom daalde van kamertemperatuur naar 3,6 graden Celsius, en bleef beneden de 15 graden Celsius gedurende 15 uur.

Dat zijn ogenschijnlijk veelbelovende onderzoeksresultaten. Maar ook hier is de praktijk weerbarstig als het gaat om de vertaling naar commerciële exploitatie. Wang: “We zijn in gesprek met diverse potentiële marktpartijen, maar tot dusver hebben we nog geen samenwerking kunnen realiseren. Aangezien het koelsysteem bedoeld is voor off-grid communities, is het een voorwaarde dat de productiekosten laag zijn. Op dit moment hebben we nog te weinig inzicht in de feitelijke productiekosten, hopelijk kunnen we tijdens de doorontwikkeling het kostenplaatje concretiseren, zodat marktpartijen beter kunnen beoordelen of het product commercieel interessant is voor hen. Verder onderzoek is daarvoor nodig.”

90% energiereductie

Alejandro Prieto, senior reseacher bij TU Delft, schreef een proefschrift over de koeling van woningen met zonne-energie. Prieto ziet veel potentie in het gebruik van zout voor koeldoeleinden in combinatie met zonne-energie. “Sorptietechnologie voor koeldoeleinden, waaronder het oplossen van zout in water, levert betere koelprestaties dan traditionele koeltechnieken. Daarom vindt er sinds jaren wereldwijd steeds intensiever onderzoek plaats naar deze koeltechnologie. In de regio Azië-Pacific wordt sorptietechnologie al jaren succesvol toegepast voor de koeling van grote commerciële gebouwen. Diverse onderzoeksprojecten ontwikkelen deze technologie ook voor kleinschalige toepassingen, maar vooralsnog zonder commercieel succes. De beroemdste ontwikkelaar in deze was het Zweedse bedrijf ClimateWell, dat nu opereert onder de naam SaltX. ClimateWell bouwde een goed werkend prototype koelsysteem in een bestaand huis.”

Onder de merknaam SUNCOOL installeerde Climatewell een koelsysteem op basis van zout en zonne-energie in een pand van een koffiehuis in het oude centrum van Karlstad, Zweden. Het doel was ambitieus, een reductie van 90% van het gebruik van reguliere energiebronnen. Dat doel werd behaald. Bovendien bleek het systeem efficiënter dan welk regulier koelsysteem dan ook. Op grond van de resultaten van deze pilot berekende Climatewell de potentiële energiewinst voor gebouwen in diverse Europese landen, USA, China, India en Sri Lanka. Het Zweedse bedrijf beraamde de terugverdientijd voor de investering op gemiddeld 3,1 jaar. Toch kwam verdere commerciële exploitatie niet van de grond. Prieto: “Marktpartijen vonden de investeringskosten te hoog. SaltX richt zich nu op het gebruik van zout voor andere technologieën die wel commerciële output genereren.”

Meer onderzoek is nodig, zegt Prieto. ”Voor particuliere huiseigenaren zal het nog een poosje duren voor koelsystemen op de markt komen op basis van sorptietechnologie die zowel goedkoop als betrouwbaar zijn. Vanuit een economisch perspectief is het systeem met name interessant als restwarmte bruikbaar is. Hoe dan ook, de technologie is voorhanden, werkt efficiënt en is milieuvriendelijk, zeker vergeleken met de schadelijke koelvloeistoffen die worden gebruikt in klassieke airco’s. Het is een fascinerend onderzoeksveld met veel potentie. We moeten voortgaan op de ingeslagen weg in de zoektocht naar een zelfregulerend koelsysteem dat commercieel exploiteerbaar is voor de markt van particuliere huisbezitters.”

Deel dit artikel

Als eerste op de hoogte van het laatste installatiebranche nieuws?

Volg Vaktechnisch op LinkedIn

Vaktechnisch

Informatie voor professional en bedrijf op het snijvlak van vakinhoudelijkheid en actualiteit.