CO2-batterij: elektriciteit opslaan met kooldioxide
Een CO2-batterij is geen batterij zoals in je telefoon of elektrische auto, met chemische cellen en metalen zoals lithium of kobalt. Het is een mechanisch systeem dat elektriciteit opslaat door kooldioxide (CO2) afwisselend samen te persen tot vloeistof en weer te laten verdampen tot gas. Bij het samenpersen wordt energie uit het net gebruikt en in het gas 'opgeslagen'; bij het laten expanderen drijft het gas een turbine aan die weer stroom opwekt.
Een handige analogie: denk aan een fietspomp. Als je lucht in een pomp samenpert, wordt de pomp warm en voel je weerstand — je steekt er energie in. Laat je de lucht weer ontsnappen, dan komt die energie er (deels) weer uit. Een CO2-batterij doet iets vergelijkbaars op industriële schaal, maar dan met kooldioxide in een gesloten kringloop, in grote tanks en met een turbine in plaats van een pompzuiger. Het CO2 wordt niet verbruikt of de lucht in geblazen; het blijft steeds binnen het systeem rondgaan.
Wat is het precies?
De bekendste uitvoering van deze technologie is ontwikkeld door het Italiaanse bedrijf Energy Dome en wordt een 'thermomechanische' of 'thermodynamische' batterij genoemd — mechanisch omdat er geen chemische reactie plaatsvindt, maar drukverandering en warmte de energie vasthouden.
Het proces verloopt in vier stappen. Eerst wordt CO2-gas, dat normaal bij kamertemperatuur en atmosferische druk in een grote 'koepel' (vandaar de naam Energy Dome) wordt bewaard, aangezogen en met een compressor samengeperst. Door de druk te verhogen verandert het gas in vloeibaar CO2, dat in gewone, ongeïsoleerde tanks op de grond kan worden opgeslagen.
Ten tweede komt bij dat samenpersen warmte vrij — net als bij een fietspomp die warm wordt. Die warmte wordt niet weggegooid, maar opgeslagen in een apart warmtereservoir (vaak water of een ander medium). Tegelijk koelt een deel van het systeem juist af, en ook die 'kou' wordt bewaard. Deze opslag van restwarmte en restkoude is cruciaal: het bepaalt voor een groot deel het uiteindelijke rendement.
Bij het terugleveren van stroom, de derde stap, wordt de opgeslagen warmte gebruikt om het vloeibare CO2 weer te verwarmen, waardoor het verdampt en sterk uitzet. Dat uitzettende gas wordt, als vierde stap, door een turbine geleid die een generator aandrijft en zo elektriciteit levert aan het net. Het CO2 keert daarna terug naar de koepel, klaar voor een nieuwe cyclus.
Een belangrijk technisch voordeel van CO2 als werkmedium is dat het al bij relatief milde druk en temperatuur (iets boven kamertemperatuur) vloeibaar wordt. Concurrerende technieken die met vloeibare lucht werken, moeten die lucht afkoelen tot zo'n 190 graden onder nul, wat veel duurdere isolatie en meer energieverlies met zich meebrengt. Daardoor kan een CO2-batterij relatief eenvoudige, goedkope onderdelen gebruiken: stalen tanks, bestaande compressoren en standaard turbines.
Wat wil men ermee bereiken?
Het doel is niet CO2 opslaan om het klimaat te helpen — dat is een veelgemaakt misverstand. Het CO2 blijft in een gesloten systeem en wordt niet uit de lucht gehaald of permanent vastgelegd. Het doel is energieopslag voor het elektriciteitsnet, specifiek voor de langere duur.
Zonne- en windenergie leveren niet altijd stroom wanneer die nodig is. Lithium-ionbatterijen zijn goed in het opvangen van pieken van enkele minuten tot een paar uur, maar worden relatief duur en zwaar als je ze wilt gebruiken om bijvoorbeeld 8 tot 24 uur aan stroom te bufferen — denk aan een bewolkte, windstille dag. Voor dat soort 'langdurige energieopslag' (long-duration energy storage, afgekort LDES) zoekt de energiesector naar alternatieven die minder afhankelijk zijn van schaarse batterijmetalen en die goedkoper zijn per opgeslagen kilowattuur, ook al nemen ze meer ruimte in.
CO2-batterijen positioneren zich precies in die niche: niet zo compact als lithium-ion, maar gebouwd uit overvloedig beschikbare materialen (staal, standaard industriële onderdelen) en ontworpen om jarenlang, duizenden cycli lang, stroom te bufferen zonder capaciteitsverlies zoals bij chemische batterijen wel optreedt.
Voorbeelden uit de praktijk
De belangrijkste demonstratie tot nu toe staat in Ottana, op het Italiaanse eiland Sardinië. Energy Dome bouwde hier in 2022 zijn eerste commerciële proefinstallatie, met een vermogen in de orde van enkele megawatt en een opslagcapaciteit van enkele uren vermogen. Deze installatie leverde voor het eerst het bewijs dat het concept op praktijkschaal werkt en voedt stroom aan het Italiaanse net.
In de Verenigde Staten kondigde energiebedrijf Alliant Energy in 2023 een samenwerking met Energy Dome aan voor een CO2-batterij-installatie in Wisconsin, bedoeld als een van de eerste commerciële toepassingen van deze technologie op Amerikaanse bodem.
Ook in de staat New York loopt een traject: de Long Island Power Authority (LIPA) maakte bekend een grotere CO2-batterij-installatie te willen laten bouwen, als onderdeel van plannen om het eiland minder afhankelijk te maken van traditionele piekcentrales. Oplevering werd voorzien voor de latere jaren 2020.
Daarnaast heeft Energy Dome aangekondigd samen te werken met het Italiaanse energiebedrijf A2A aan grootschaligere, commerciële installaties in Italië, als vervolg op de Sardinische proef. Deze projecten bevinden zich op het moment van schrijven in verschillende stadia van planning en bouw; exacte opleverdata verschuiven regelmatig, zoals vaker bij nieuwe energie-infrastructuur.
Hoe ver is de techniek?
CO2-batterijen zijn geen laboratoriumexperiment meer, maar ook nog geen volwassen, wereldwijd uitgerolde technologie. De Sardinische installatie draait als eerste commerciële referentie sinds 2022 en heeft laten zien dat het principe technisch werkt. De vervolgprojecten in de VS en Italië moeten nu bewijzen dat de technologie ook op grotere schaal betrouwbaar en betaalbaar is.
Een belangrijk discussiepunt is het rendement: hoeveel procent van de ingestopte elektriciteit krijg je er bij ontlading weer uit? Energy Dome noemt zelf cijfers in de richting van 70 Ã 75 procent 'round-trip efficiency', vergelijkbaar met sommige vormen van pompopslag. Onafhankelijke, uitgebreide validatie op grote schaal en over langere tijd is echter nog beperkt beschikbaar, en zoals bij elke nieuwe energietechnologie is het wachten op praktijkresultaten uit meerdere seizoenen en meerdere locaties voordat deze cijfers hard bevestigd zijn.
Andere aandachtspunten zijn de relatief grote ruimte die de tanks en de koepel innemen (geschikt voor industrieterreinen, minder voor binnenstedelijke omgevingen), de kosten van staal en compressoren die kunnen fluctueren, en de vraag hoe de technologie zich qua prijs verhoudt tot concurrerende opties zoals grootschalige batterijparken, pompopslag of waterstofopslag naarmate die laatste goedkoper worden. Kortom: de techniek staat op de drempel van grootschalige commerciële toepassing, maar heeft nog geen jarenlange trackrecord.
Wie werken eraan?
De meest zichtbare pionier is Energy Dome, opgericht in 2020 in Milaan door ondernemer Claudio Spadacini en inmiddels gegroeid tot het bedrijf met de meeste operationele ervaring met deze specifieke CO2-technologie.
Een verwant maar net iets ander spoor volgt het Britse bedrijf Highview Power, dat al langer werkt aan 'liquid air energy storage' (LAES): hetzelfde thermomechanische principe, maar met vloeibare lucht in plaats van CO2. Highview heeft onder meer installaties in het Verenigd Koninkrijk gebouwd en wordt vaak als referentiepunt en concurrent van de CO2-aanpak genoemd.
Breder bekeken werken ook internationale energieorganisaties zoals het Internationaal Energieagentschap (IEA) en IRENA (het internationale agentschap voor hernieuwbare energie) aan het in kaart brengen en stimuleren van langdurige energieopslagtechnologieën in het algemeen, waarvan CO2-batterijen een van de kandidaten zijn naast opties als pompopslag, waterstof en zwaartekrachtopslag. Landen met actieve pilots en interesse zijn vooral Italië (waar de technologie is ontstaan) en de Verenigde Staten (met de aangekondigde projecten in Wisconsin en New York).