Uniper steunt onderzoek naar ijzer als nieuwe brandstof voor kolencentrale

De TU Eindhoven bouwt na de zomer een testfaciliteit voor ijzer als brandstof voor energiecentrales. Uniper ondersteunt het project. Het gewenste eindresultaat is een elektriciteitscentrale met een gesloten cyclus, zonder CO2-uitstoot of afvalstoffen.

‘Brandstof’ is niet de eerste associatie bij ijzer. De winning en verwerking van ijzererts vreten juist energie, normaal gesproken geleverd door kolen. Maar in poedervorm is ijzer, net als andere metalen, juist een prima brandstof. Onderzoek naar deze technologie aan de TU Eindhoven, krijgt nu steun van energiebedrijf Uniper, dat mogelijkheden ziet in ijzer als alternatieve brandstof voor zijn kolencentrale, MPP3 op de Maasvlakte. Uiterlijk 2030 moeten energiebedrijven immers stoppen met het stoken van kolen.

IJzer als oplossing voor langetermijnopslag

Het grote voordeel van een ijzercyclus is de mogelijkheid om energie voor langere tijd op te slaan, zegt Cees van Bragt, directeur business development van Uniper. Met de groei van duurzame energiebronnen als wind en zon is de grote uitdaging voor de toekomst immers seizoensopslag. Een batterij die overdag opgewekte stroom uit een zonnepaneel vastlegt tot de avonduren voldoet niet voor het verzekeren van de energiebehoefte van de hele samenleving. ‘s Zomers opgewekte zonne-energie moet beschikbaar zijn op donkere, windstille winterse dagen. Langdurige energieopslag is cruciaal voor het succes van de energietransitie naar duurzame bronnen.

Waterstof is een veel genoemd medium voor seizoensopslag. “Waterstof heeft echter als nadeel dat het een lage energiedichtheid heeft en lastig in grote hoeveelheden is op te slaan”, zegt Van Bragt. “Bij opslag voor de lange termijn is er bij gebruik van ijzer veel minder ruimte nodig.”

Gesloten cyclus

IJzer zou als brandstof in een gesloten cyclus worden gebruikt. ‘Verbranden’ betekent immers oxidatie, en het na verbranding resterende ijzeroxide -‘roest’, in andere woorden- kan weer worden gereduceerd tot ijzer dat opnieuw als brandstof kan worden gebruikt.

Bij deze reductie komt de duurzame energie om de hoek kijken. Reductie gaat met behulp van waterstof, geproduceerd met elektriciteit afkomstig uit duurzame bronnen als wind via elektrolyse. Het ijzerpoeder wordt zo feitelijk een opslagmedium voor de energie die deze duurzame bronnen opwekken op momenten dat de vraag laag is. Als de vraag aantrekt zorgt de centrale voor een stabiele elektriciteitsvoorziening.

Gedurende het proces heeft natuurlijk energieverlies plaats (zie illustratie). De inschatting is nu dat de driekwart van de elektriciteit opgewekt door, bijvoorbeeld, windmolens in het proces verloren gaat. Maar de vraag is in hoeverre dat als een verlies moet worden gezien. De gebruikte elektriciteit is juist elektriciteit opgewekt gedurende periodes dat er niet of nauwelijks vraag is. Zonder opslagmogelijkheid hadden deze windturbines moeten worden stilgezet en was er helemaal geen stroom opgewekt.

Schematische weergave van de ijzercyclus bij een elektriciteitscentrale met het efficiëntiepercentage van elk onderdeel het proces. De ‘23%’ is de hoeveelheid elektriciteit die aan het einde van het volledige proces weer aan het net wordt geleverd, afgezet tegen de hoeveelheid stroom opgewekt door windturbines aan het begin.(Bron: Jip Krens/TU Eindhoven)

Deze zomer tests van start

De TU Eindhoven wil na de zomer met een praktijktest beginnen. In de nabijheid van zinkfabrikant Nyrstar in Budel is een speciale campus in oprichting voor onderzoek naar metalen en energie, Metalot. Hier moet in eerste instantie een ‘ijzerbrander’ -de verbranding van ijzer stelt andere technische eisen dan steenkool of gas- komen met een vermogen van 100 kW, om in de toekomst te worden uitgebreid naar 1 MW.

Voor de tests zijn enkele miljoenen nodig. Bij de NWO loopt een subsidie-aanvraag voor €6 mln en daarnaast moet er €2 mln beschikbaar komen via een groep van partners. Philip de Goey, hoogleraar verbrandingstechnologie aan de TU Eindhoven, gaat er vanuit dat er goede kans is dat deze subsidies doorkomen en de tests later dit jaar kunnen beginnen.

Uniper “steunt het project volledig”, zegt woordvoerder Edwin Kotylak, “ook al duurt de ontwikkeling nog acht jaar”. Uniper heeft stagiair Jip Krens van de TU in huis genomen voor onderzoek naar de noodzakelijke logistieke aanpassingen bij het bedrijf, zoals transport en opslag. Het is bijvoorbeeld niet de bedoeling dat het ijzerpoeder al tijdens een van die fases gaat roesten. “Er is geen enkel punt dat ons doet zeggen: het is niet haalbaar”, zegt Krens. “De enige echte vraag is wat het uiteindelijk gaat kosten per GWh geproduceerde elektriciteit.” Vraagteken daarbij is ook wat duurzame elektriciteit gaat kosten in periodes van overtolligheid -als er geen onmiddellijke marktvraag is.

Zicht op toekomst voor kolencentrales

Op termijn ziet Uniper met deze ijzercyclus een nieuwe toekomst opdoemen voor de in 2016 geopende MPP3 centrale op de Maasvlakte, een van de vijf kolencentrales die Nederland nog telt. In 2030 moeten kolen zijn uitgefaseerd, maar dat betekent niet automatisch dat deze centrales worden gesloten en afgebroken. Voor Uniper zou sluiting vooral neerkomen op een enorme kapitaalvernietiging -en daarvoor zou het bedrijf de rekening bij de overheid neerleggen.

Een kolencentrale is vooral een grote stoomturbine die elektriciteit opwekt. Als steenkool als warmtebron wordt vervangen door een andere, is het ook geen kolencentrale meer -en is discussie over sluiting futiel. Uniper, zo blijkt nu, kijkt onder andere naar ijzer als alternatieve warmtebron. RWE, eigenaar van twee kolencentrales, onderzoekt de mogelijkheden met biomassa, zo bleek enige tijd terug.

De andere twee eigenaren van kolencentrales in Nederland, Engie en Nuon, zijn nog niet naar buiten gekomen met dergelijke alternatieve wijzen van gebruik van hun centrale. Engie heeft voor de Centrale Rotterdam uit 2015 SDE+-subsidie voor de bijstook van biomassa, maar de strategie van het Franse hoofdkantoor van Engie is afscheid nemen van fossiel. Nuon, eigenaar van de relatief oude Hemwegcentrale lijkt voor deze geen nieuwe toekomst te zoeken maar heeft de pijlen voor een duurzame toekomst gericht op waterstof en/of mierenzuur als brandstof voor gascentrales.

Er lopen intussen gesprekken tussen de eigenaren van kolencentrales en het ministerie van EZK over de plannen voor uitfasering van kolen. Sinds de vaststelling van het regeerakkoord zijn er twee constructieve bilaterale gesprekken geweest, zegt Uniper-woordvoerder Kotylak. Wiebes toont zich “standvastig” wat betreft de regeringsdoelstelling, maar ook “begripvol” als het gaat om de bedrijfseconomische omstandigheden. Tot dusver zijn er “geen afspraken gemaakt”, zegt Kotylak, “maar we gaan wel voor een realistische oplossing waarbij de centrale een rol heeft in de energietransitie. We weten dat die rol noodzakelijk is.”

Hans van der Lugt, Energeia