Lithium-ion batterijen

Lithium-ion batterijen

De Nobelprijs voor de Chemie is dit jaar uitgereikt voor het uitvinden van de lithium-ion batterij. Wat is deze batterij en waarom is deze zo significant? Op 9 oktober besliste het Nobelprijscomité om de prijs voor Chemie uit te reiken aan het drietal John B. Goodenough van de University of Texas in Austin, M. Stanley Whittingham van de Binghamton University en Akira Yoshino van de Meijo University. Zij werkten gedurende de jaren ’70 en ’80 aan de ontwikkeling van de lithium-ion batterij en slaagden erin om – voortbouwend op elkaars werk – dit van een louter theoretisch concept naar een werkende toepassing te brengen. Maar wat is nu datgene wat de lithium-ion batterij zo bijzonder maakt? Wel, het antwoord is relatief kort: hij is overal. Smartphones, laptops, gereedschap, elektrische wagen… zelfs tot in de Mars Curiosity Rover. Lithium-ion batterijen zijn alomtegenwoordig. Hoe werkt zo’n batterij nu? Een batterij bestaat steeds uit twee delen: een anode (het positief geladen gedeelte) en een kathode (het negatief geladen gedeelte). Als de batterij wordt gebruikt, bewegen er geladen lithiumdeeltjes van de anode naar de kathode en ontstaat er een stroom  door de verbinding. Dit gaat zolang door totdat alle lithiumdeeltjes zich aan de kathode bevinden. Bij een niet-herlaadbare batterij zou dit nu het einde zijn. Een lithium-ion batterij is echter oplaadbaar dus als deze aangesloten wordt aan een stopcontact, bewegen de lithiumdeeltjes weer de andere richting uit en kan hij nog eens gebruikt worden. De verdienste van het laureatenteam was dat zij erin geslaagd zijn om het lithiumion (wat zeer reactief is en wel eens zou kunnen leiden tot explosies) stabiel te omvatten....
De verborgen uitstoot van zonnepanelen

De verborgen uitstoot van zonnepanelen

Zonne-energie wordt momenteel gezien als één van de drie belangrijkste bronnen van hernieuwbare elektriciteit samen met wind- en bio-energie. Momenteel is 32% van de groene stroom in Vlaanderen afkomstig van zonne-energie. Kunnen we er zomaar van uitgaan dat groene stroom minder CO2-uitstoot heeft dan bijvoorbeeld de stroom van een nieuwe gascentrale? Zon- en windenergie stoten geen CO2 uit als ze operationeel zijn, maar wel via hun grondstoffen, productie, transport, installatie en afbraak. Er is al veel onderzoek gedaan naar de klimaatimpact van zonnepanelen en uitkomsten verschillen van 30 tot meer dan 100g CO2-equivalent per kilowattuur. Windenergie presteert op dat vlak duidelijk beter dan de meeste andere fossiele technologieën, bij zonne-energie is het verschil kleiner. Waar komt de spreiding van de resultaten onder de verschillende onderzoeken dan vandaan?   Om de klimaatverandering aan te pakken stelde de EU de 20-20-20 doelstellingen in die tegen 2020 gehaald moeten worden. Dit houdt in dat er over heel Europa 20% minder broeikasgassen uitgestoten mogen worden, 20% van de energie moet van hernieuwbare afkomst zijn en er moet 20% meer energie-efficiëntie zijn ten opzichte van 1990. Om in zijn opzet te kunnen slagen, gaat men ervan uit dat hernieuwbare energie wel degelijk een significant lagere CO2-uitstoot heeft dan andere technologieën. Het is daarom wel interessant om dit onder de loep te nemen. Een algemeen aanvaarde methode voor het kwantificeren van de impact op het milieu van een bepaald product is de life cycle assessment (LCA). De ‘impact’ omvat de uitstoot van broeikasgassen, maar ook uitstoot van stikstofoxiden, waterverontreiniging, verzilting, uitstoot van fijnstof, … . Dit artikel zal enkel de broeikasgassen bekijken voor  verschillende elektriciteitscentrales...
Energie uit biomassa: klimaatneutraal of toch niet?

Energie uit biomassa: klimaatneutraal of toch niet?

Het is een thema dat al wel eens durft opduiken in een van de vele klimaatdebatten. Is de energie die wordt opgewekt in biomassacentrales effectief zo klimaatneutraal als de naam doet uitschijnen? De brandstof voor biomassacentrales kan bestaan uit organische materialen zoals hout, gft-afval, plantaardige oliën en geteelde gewassen. Doordat gewassen steeds opnieuw groeien, is de voorraad van de grondstoffen oneindig en mag men spreken van een hernieuwbare energiebron. Deze hernieuwbare energiebron heeft de weersonafhankelijkheid als groot voordeel ten opzichte van zonne-energie of windenergie. Bij het verbrandingsproces in biomassacentrales komt ten gevolge van de verbranding koolstofdioxide (CO2) vrij. Tijdens de levenscyclus van planten wordt koolstofdioxide opgenomen uit de omgeving en zuurstof afgegeven aan de omgeving, er is dus een gesloten koolstofcyclus. Toch is een gesloten koolstofcyclus niet noodzakelijk milieuvriendelijk. Als het verbrandingsproces plaatsvindt met organisch afval kan men de cyclus aanschouwen als milieuvriendelijk. Hierbij is het echter van belang dat men het afval op geen andere manier een nieuw leven kan inblazen. Een voorbeeld hiervan is oud papier dat kan gerecycleerd worden. Houtkap tast het milieu harder aan dan recyclage. Het al dan niet plaatsen van een biomassacentrale zou bepaald moeten worden a.d.h.v. de beschikbare biologische brandstoffen. Niet alle brandstoffen zijn namelijk even duurzaam. Zo is overexploitatie van bossen een fout signaal in het klimaatverhaal. Om de CO2-uitstoot te laten dalen dienen nieuwe bossen gecreëerd te worden. Als ontbossing gebeurt ten gevolge van de vraag naar brandstof voor de biomassacentrales wordt een totaal fout signaal gegenereerd. Massale houtkap vormt namelijk een desastreuze bedreiging van ecosystemen.  Ook het telen van gewassen als brandstof voor biomassacentrales is een gevoelige situatie. Hierbij...
Waterstof: van hype naar hoop

Waterstof: van hype naar hoop

Waterstof is al vaker verkocht als één van de meest beloftevolle technologieën in de transitie naar een duurzame economie. Toch blijft een grote doorbraak uit. Is een grootschalige introductie van waterstof in onze economie realistisch? Wat zijn de voordelen en nadelen van waterstof? Een korte introductie. Ten eerste is het belangrijk om te weten dat waterstof een energiedrager is en dus geen energiebron (zoals bv. steenkool). Er is waterstof in overvloed op de wereld, het komt echter steeds voor in combinatie met andere elementen zoals bijvoorbeeld in water. Daarom moet het via een speciaal proces afgesplitst worden. Naargelang welk proces hiervoor gebruikt wordt, onderscheidt de World Energy Council (WEC) 3 verschillende soorten: groene, blauwe en grijze waterstof. Groene waterstof wordt geproduceerd door een proces genaamd elektrolyse: hierbij wordt water gesplitst in waterstof en zuurstof, door gebruik te maken van hernieuwbaar geproduceerde elektriciteit. Het ontleent zijn naam aan het feit dat er geen koolstof uitstoot is. Blauwe en grijze waterstof worden via hetzelfde proces geproduceerd door het hervormen (‘reforming’) van stoom, maar deze stoom wordt opgewekt met fossiele brandstoffen (bv. gas of olie). Dit process stoot daarom ook CO2 uit, bij grijze waterstof wordt deze losgelaten in de atmosfeer en bij blauwe waterstof wordt 80% tot 90% van de CO2 gecapteerd en opgeslagen. Na productie kan waterstof als brandstof gebruikt worden, in een verbrandingsmotor of om elektriciteit te maken. Een belangrijk aspect van waterstof is dat er bij gebruik, ongeacht de productiemethode, geen koolstofuitstoot vrijkomt. Waterstof kent verschillende interessante toepassingen. Ten eerste kan het gebruikt worden als opslag voor elektriciteit. Batterijen zijn momenteel namelijk enkel geschikt voor korte termijn opslag,...
Hoe fast chargers elektrische bussen mogelijk maken

Hoe fast chargers elektrische bussen mogelijk maken

Ze zijn u misschien al opgevallen, de nieuwe palen die aan de bushalte van Heverlee campus uit de grond rijzen. Hoewel ze letterlijk in de schaduw staan van de imposante autogarage van Imec en KU Leuven, zijn deze constructies minstens even interessant. Het gaat namelijk om fast chargers, snelle laadpalen voor elektrische en hybride bussen, die een klassieke verbrandingsmotor (met diesel of benzine) combineren met een elektrische motor en batterij. Een belangrijk struikelblok voor elektrisch rijden is de laadtijd. Hier heeft elektrisch aangedreven openbaar vervoer minder last van dan elektrische privé voertuigen. Aangezien een bus regelmatig stilstaat, hetzij aan een halte tijdens het in- en uitstappen, hetzij aan een terminus tussen twee ritten, ontstaan er automatisch gelegenheden om de batterijen op te laden. In deze sector heet dit opportunity charging. Volgens dit principe laadt een bus altijd kleine beetjes op om zo het volgende laadpunt met zekerheid te kunnen bereiken en dit zonder extra tijdverlies of dus vermindering van oplaadefficiëntie. De fast chargers bieden hiervoor een vermogen tot 600kW. Ter vergelijking: een tank van 30 liter diesel vullen op twee minuten komt overeen met een thermisch vermogen van ongeveer 9MW. Ondanks de veel grotere efficiëntie van elektrische motoren ten opzichte van verbrandingsmotoren, moet een bus dus wel wat langer of vaker aan de laadpaal hangen dan een gemiddelde tankbeurt. De fast chargers in Heverlee maken deel uit van ambitieuze plannen die De Lijn heeft in Leuven en de rest van Vlaanderen. Leuven heeft reeds de meest groene busvloot van Vlaanderen, met een percentage hybride bussen groter dan 60 percent. Vanaf dit najaar krijgt Leuven ook de eerste volledig elektrische...