Blauwe energie, gratis, maar niet voor nix

Samenvatting
Deze veelgeciteerde versregels van H. Marsman beschrijven onze waterhuishouding zeer adequaat: rivieren met een groot debiet en weinig verval. Het idee er in Nederland ooit waterkracht gebruikt zou kunnen worden is daarom op het eerste oog verbazingwekkend. Het verval tussen Lobith en Hoek van Holland is amper tien meter over een lengte van minder dan tweehonderd kilometer. Die tien meter verval komen overeen met een waterdruk van 1 bar en is niet te vergelijken met de hoogteverschillen die in Alpenlanden gebruikt worden voor waterkracht.

Vervolgens kijken we naar de zee. Het zoutgehalte is ca. 30 gram per liter en de osmotisch druk van zeewater is 25 bar. Als we aan één zijde van een semi-permeabel membraan een hoeveelheid zeewater brengen en aan de andere zijde rivierwater, dan zal er osmose plaatsvinden: een transport van water van zoet naar zout. De drijvende kracht is hier het concentratieverschil: de concentratie van water in de rivier is groter dan in de zee. Als we de proef met gesloten vaten zouden uitvoeren, blijkt er een druk van 25 bar opgebouwd te worden wat gezien kan worden als een waterkolom van 250 meter.

Deze druk is dus 25 maal zoveel als het hele verval van de Rijn in Nederland en het is de kunst deze druk - of een andere daaraan gerelateerde fysische grootheid - te benutten voor het opwekken van energie.

Menging van een liter zoet water met een liter zout water laat geen temperatuursverandering van enige betekenis zien. Dus de mengenthalpie (H) is verwaarloosbaar. Maken we toch energie d.m.v. het osmoseproces, dan moet de drijvende kracht hier de entropieterm (T.S) zijn.

De geleverde energie wordt dus als warmte aan het water onttrokken, doch het temperatuurseffect is maximaal 0,3 graad als het proces helemaal zou verlopen. Dat betekent indirect ook weer dat de energie-inhoud van de ‘brandstof’ (het zoete met het zoute water samen) vrij laag is. Om een liter kraanwater aan de kook te brengen is dus een paar honderd liter rivierwater en zeewater nodig.

Terugkerend naar Marsman, zien we dat die trage rivieren ook breed zijn: de reusachtige debieten zorgen er voor dat er toch aanzienlijke hoeveelheden energie gewonnen kunnen worden ondanks de lage calorische waarde. De consequentie is dat een dergelijk elektriciteitscentrale gebouwd moet worden nabij het grensvlak van zoet en zout water. Het product is brak water en is iets dat er nu ook al ontstaat bij de uitstroom van onze rivieren in zee en bij de spuisluizen in de Afsluitdijk.
Het bedrijf REDstack heeft als doel technieken te ontwikkelen om dit reasachtige potentieel aan energie te oogsten en de techniek te vermarkten. De naam van het bedrijf is afgeleid van de gebezigde techniek: RED staat voor Reverse Electro Dialysis en het woord stack staat voor de membraanstapels in de generatoren. Momenteel heeft REDstack midden op de Afsluitdijk een pilot waar per uur 200 m² zoet en zout water beschikbaar is. De installatie is enige maanden in bedrijf en wordt op 26 november geopend door koning Willem-Alexander.

De spreker
Joost Veerman (1945) studeerde fysische chemie aan de RUG bij de afdeling biofysische chemie van prof. Berendsen. Daarna ging hij aan de slag bij het beroepsonderwijs, eerst bij de HTS in Groningen en daarna bij de voorgangers van wat later resulteerde in de Noordelijke Hogeschool Leeuwarden. Veerman doceerde daar een breed palet aan vakken en kwam zo ook in contact met de wereld van de membraantechnologie. Hij ontwikkelde een speciale ontzoutingstechniek die hij de naam ‘quadrupool-ontzouting’ toebedeelde.

Op zeker moment in het jaar 2000 werd hij opgebeld door Gerrit Oudakker, technology scout bij Volkers Wessels & Stevin, die een artikel gelezen had over een Rus genaamd Valeriy Knyazhev. Deze Rus was in staat uit zoet en zout water energie te generen. Oudakker en Veerman gingen samen aan de slag om dat ook te doen. Dat was het begin van de Blue Energy carrière van Veerman. Aanvankelijk werd er samengewerkt met de KEMA in Arnhem die een revolutionair membraan uitgevonden zou hebben. Het lukte de KEMA echter niet meer dan één iongeleidend kanaal per mm² te maken - minstens een factor miljoen lager dan noodzakelijk - en het project dreigde aan lager wal te raken.

Rond 2005 het instituut Wetsus gestart binnen de muren van het Van Hall instituut. Oudakker en Veerman demonstreerden de RED-generator aan directeur Cees Buisman die direct overtuigd was van de potentie. Wetsus ging aan de gang was met Blue Energy waarbij Veerman als promovendus betrokken was. In 2010 promoveerde hij op dit onderwerp waarna hij in dienst trad bij het bedrijf REDstack, die de techniek commercieel toepasbaar wil maken. Momenteel heeft Veerman taken binnen het bedrijf op het vlak van stackontwikkeling en proefopzet.