Aan de Afsluitdijk staat sinds 2014 de proefinstallatie ‘Blue Energy’. Door zoet en zout water langs membranen te laten stromen, wordt elektriciteit opgewekt. Maar met die membranen kan het bedrijf REDstack veel meer. (RED staat voor Reversed Elektro Dialysis, stack betekent stapel). Van het ontzouten van slootwater tot terugwinning van ammoniak. Zelfs CO2-afvang behoort tot de mogelijkheden.
Zo begint een groot achtergrondartikel in het Technisch Weekblad van 5 oktober 2023. Een mooie gelegenheid om in te gaan op ‘Blue Energy’.
In oktober 2014 opende Koning Willem-Alexander de proefinstallatie van ‘Blue Energy’ aan de Afsluitdijk bij Breezand. ‘Blue Energy’, maakt gebruik van zoet water en zout water. Vandaar de locatie aan de Afsluitdijk.
a) Waar ten opzichte van de Afsluitdijk bevindt zich het zoute water en waar het zoete water?
Ten noorden zout water in de Waddenzee en ten zuiden zoet water in het IJsselmeer.
b) Noem een aantal andere plaatsen in Nederland die geschikt zouden zijn voor ‘Blue Energy’.
Overal waar er aan de ene kant van een barrière zoet water is en aan de andere kant zout water. Bij het Lauwersmeer, de sluizen bij IJmuiden, de Nieuwe Waterweg bij Rotterdam en bij de dijken van de Deltawerken, zoals de Haringvlietdam.
Bij ‘Blue Energy’ wordt de energie opgewekt door zout en zoet water aan weerszijden langs membranen te laten stromen en daarna samen te laten komen, zodat het waterbrak uitstroomt. Brak water is water met een zoutgehalte tussen zoet en zout water in.
Figuur 1 is een schematische weergave van de werking.
Bij A stroomt zout water naar binnen.
Bij B stroomt zoet water naar binnen.
Deze waterstromen gaan langs twee verschillende soorten membranen aangegeven met kleuren geel en rood.
Bij E bevinden zich ijzerhoudende elektroden.
Bij F bevindt zich een zoutoplossing met ijzerzouten.
Hieronder staat de werking beschreven. In een aantal zinnen zijn gedeelten weggelaten. Je kunt met de nummers 1 t/m 6 kiezen welke tekst daar zou moeten staan.
c) Vul op de streepjes het cijfer van het juiste begrip in. Kies uit deze lijst:
1. Anion Exchange Membrames, zij laten alleen negatieve deeltjes door.
2. Cathion Exchange Membrames, zij laten alleen positieve deeltjes door.
3. Fe2+ → Fe3+ +e–
4. Fe3+ → Fe2+ - e–
5. G
6. H
De membranen bij C (geel) zijn __________________
De membranen bij D (rood) zijn ____________________
De elektronenstroom in het water gaat van ____ naar ____
Bij E bevinden zich ijzerhoudende elektroden.
Bij F bevindt zich een zoutoplossing met ijzerzouten.
Bij G vindt de reactie plaats: _____________________
Bij H vindt de reactie plaats: _____________________
De membranen bij B zijn (2) Cathion Exchange Membrames zij laten alleen positieve deeltjes door.
De membranen bij D zijn (1) Anion Exchange Membrames zij laten alleen negatieve deeltjes door.
De elektronenstroom in het water gaat van (6) H naar (5) G
Bij G vindt de reactie plaats: (3) Fe2+ → Fe3+ + e-
Bij H vindt de reactie plaats: (4) Fe3+ → Fe2+ - e–
d) Leg uit waarom deze installatie klimaatneutraal werkt.
Er wordt geen gebruik gemaakt van fossiele brandstoffen: er vindt geen verbranding plaats waarbij CO2 vrijkomt.
De website van REDstack, het bedrijf dat de installatie gebouwd heeft en beheert, stelt: uit de menging van 1 m³ zoet water met 1 m³ zout water kan theoretisch 0,5 kilowattuur elektriciteit gewonnen worden bij 25 oC. Dat komt overeen met een vermogen van 1,8 MW bij een stroming van 1 m³/s zoet water en 1 m³/s zout water.
e) Toon aan dat de bovenstaande waarden met elkaar overeenkomen.
Het gaat dan over 0,5 kWh per seconde. Dat is 0,5 . 3,6 . 106 J/s = 1,8 . 106 J/s = 1,8 MW.
Volgens Wikipedia zal de opbrengst van een installatie zoals aan de Afsluitdijk in de toekomst stijgen naar 3 W/m².
f) Bereken de totale oppervlakte van de membranen in dat geval, die uit bovenstaande gegevens volgt.
A = 1,8 . 106 / 3 = 6 . 105 m2.
Het bedrijf REDstack heeft nu veel ervaring met het bouwen van zogenaamde stacks met een grote oppervlakte aan membranen. Het heeft plannen om die kennis te gebruiken voor een ander doel, namelijk om zoet water uit brak water te winnen. Niet van belang voor Nederland, maar wel voor andere landen, zoals voor eilanden in zee (Curaçao)
g) Leg uit dat dit precies het omgekeerde procedé is van de ‘Blue Energy’.
Bij ‘Blue Energy’ voeg je zoet en zout water samen en dat levert energie. In het omgekeerde proces splitst brak water in zoet en zout water, waarbij je energie moet toevoegen. En die energie kan van de zon komen.
