“Fundamenteel onderzoek krijgt richting door systeemdenken”

Nieuwsbericht |
Topsector Energie in gesprek
TKI Urban Energy
|
Henk Huinink

Topsector Energie in gesprek met Henk Huinink. Hij is universitair hoofddocent aan de faculteit Technische Natuurkunde aan de TU Eindhoven. Hij doet mee aan een aantal Topsector-projecten rondom warmteopslag. Die projecten zijn geconcentreerd in het kennisnetwerk Efficiency Gebouwde Omgeving.

Moleculaire beweging

Henk Huinink heeft in jarenlang onderzoek naar warmteopslag onder de Topsector Energie een brede blik op het veld gekregen. “De blik van een natuurkundige op warmteopslag is vrij fundamenteel: het gaat ons om de moleculaire bewegingen. Hoe neemt een materiaal warmte op en geeft die weer af? Wat is het vermogen of de energiedichtheid, wat is de stabiliteit van zo’n stof na een aantal cycli van opladen en ontladen? Daar kunnen we gemakkelijk een aantal promovendi op zetten.”

Er was voorheen ook best samenwerking met bedrijven, maar meestal in steeds wisselende consortia, en vaak stond dat onderzoek nogal ver van de praktijk van het gebruik. “De grote waarde van samenwerken in Topsector-verband, en ook in EU-projecten, is dat wij nu nauwe aansluiting hebben bij de toepassing. Dat hadden we nooit zelf zo kunnen doen. Daarvoor hebben we geen tijd of expertise, en dan nog: hoe vind je steeds weer nieuwe partners? In vaste groepen en door een grote coherentie kunnen we nu veel scherper formuleren wat de kennisvraag is en hoe we die op fundamenteel niveau kunnen beantwoorden. We vertalen onze ideeën gemakkelijker en kunnen scherper materialen selecteren en verbeteren.”

“De grote waarde van samenwerken in Topsector-verband en EU-projecten is dat wij nu nauwe aansluiting hebben bij de toepassing.”

Omslag

Andersom beseffen onderzoekers ook veel beter wat de betekenis van warmteopslag in het systeem is, denkt Huinink. Dat besef van de betekenis van warmteopslag strekt verder dan alleen de eigen onderzoeksgroep: “Je ziet die omslag zelfs tot in de politiek. Lang hebben we heel eenvoudig gedacht: het is een kwestie van elektriciteit opwekken met windmolens en zonnepanelen. Maar we denken nu anders, de topsector heeft dat veel scherper op het netvlies gekregen. Warmteopslag, bijvoorbeeld in gebouwen, is een van de vele schakels in een complex energiesysteem. Van dat systeem hebben we zelf dan misschien minder kennis, maar wij richten ons fundamentele onderzoek wel op die gedachte. Waar komt de warmtebatterij in beeld, hoe zit die in het netwerk? Onze zoektocht vindt veel gerichter plaats, maar dat kostte wel moeite.”

De materialen voor warmteopslag waar Huinink aan werkt zijn vooral zouthydraten, die warmte opslaan door water uit de kristallen te verdrijven. De warmte komt weer beschikbaar door waterdamp in contact te brengen met de kristallen, waardoor de watermoleculen het kristalrooster weer ingaan (hydrateren). De vakgroep van Huinink heeft in de loop der jaren gewerkt aan tal van dergelijke materialen, en aan het verder ontwikkelen van de fysische eigenschappen. “Dat doen we nu bijvoorbeeld met ‘doping’. Met welk stofje kunnen we de opname en afgifte van warmte door een materiaal verbeteren? Dat kan prachtig effect hebben op de uiteindelijke toepassing.”

Ruimte

“Het meeste onderzoek richten wij nu in na samenspraak met partners. Waar gaan we aan werken, waar liggen de problemen? Voor ons fundamentele onderzoek maakt het niet uit aan welk materiaal we werken. Maar er zit wel een spanningsveld. Wij willen kennis publiek maken, terwijl bedrijven valorisatie van kennis nastreven via octrooien en patenten. Daar moeten we in samenspraak slimme oplossingen voor bedenken. In de praktijk betekent dat soms: een proefschrift gaat dan over generieke processen in materialen, geeft niet alle details prijs of gaat over een soortgelijk materiaal dat niet snel in de praktijk zal worden toegepast vanwege te hoge prijs, toxiciteit of schaarste. Maar dat vereist wel dat je in gesprek blijft en elkaar ruimte gunt. Wij gunnen de ruimte aan een bedrijf voor het verkrijgen van intellectueel eigendom (IP), een bedrijf geeft ons de ruimte om te publiceren.” Huinink denkt niet dat dit een hinderpaal is voor de snelheid van innoveren. “Ik geloof in kennis opdoen en delen, maar niet in volledig ‘open source’, want bedrijven moeten er geld mee kunnen verdienen. Of de overheid moet er veel zwaarder in investeren.”

Dat betekent wel dat samenwerkingsprojecten meestal ‘verticaal’ zijn, met partners langs de verschillende stadia van ontwikkeling. “We zullen niet snel concurrenten samen in één TKI-project zien.” Toch vindt er naar Huininks idee voldoende kruisbestuiving plaats. “Ook buiten de projectpartners om, zeker op het niveau van fundamenteel onderzoek. Dan wordt niet direct kennis over toepassingen of devices uitgewisseld, maar krijgen partijen toch van elkaar de bevestiging: ah, jullie zitten ook op dit spoor?”

Warmtebatterij

Huinink voorziet een steeds belangrijker rol voor warmtebatterijen in het energiesysteem. “In acht jaar Topsector hebben we ontzettend veel kennis opgebouwd over geschikte materialen. Willen we verder met de toepassing daarvan, dan is de belangrijkste voorwaarde dat we bedenken: waar krijgt de warmtebatterij een optimale plaats tussen al die andere systeemelementen, tussen bijvoorbeeld warmtepompen en het elektriciteitsnet. Met dat systeemdenken zijn we nog maar net begonnen. Het zal nog veel tijd en rust kosten om dat complexe systeem uit te denken.”

“Waar krijgt de warmtebatterij een optimale plaats tussen bijvoorbeeld warmtepompen en het elektriciteitsnet? Met dat systeemdenken zijn we nog maar net begonnen”

De zoektocht vindt ook op microschaal plaats. “In een bestaande woning is er helemaal geen ruimte om een warmtebatterij met een volume van 10 of 20 m3 neer te zetten, dus van zomer/winteropslag van warmte kan geen sprake zijn. Wat is dan de optimale omvang voor zo’n woning, om goed in het systeem te passen? En hoe worden we concurrerend? Nu zijn al die ontwikkelingen nog te duur, want fossiele energie is te goedkoop, omdat we niet de werkelijke kosten betalen. Daar ligt misschien een mooie taak voor de politiek.”

Het volgende interview verschijnt op 3 juni met Maurice Hanegraaf, Huub Keizers, TNO, partner in Efficiency Gebouwde Omgeving.