September 2024
Heet water weken opslaan zonder warmte te verliezen
Vacuümboiler NEStore neemt hoge vlucht
Standaard boilers zijn ontworpen om dagelijks zo’n dertig liter heet water te leveren, genoeg voor twee douchebeurten. De volgende dag is 20 tot 30 procent van die energie-inhoud verloren. Volgens Pavol Bodîs, ceo van Newton Energy Solutions, kan dat veel beter. ‘De NEStore, onze vacuüm-boiler, verliest wekelijks minder dan 1 procent warmte. En opslag kun je ook verhandelen als de stroomprijs hoog ligt’, zegt hij.
Pavol Bodîs, ceo en oprichter van de startup Newton Energy Solution, is een Slovaak van geboorte die al ruim twintig jaar in Nederland woont. Na een PhD bij Amolf werkte hij eerst twee jaar aan fotonica bij TNO, daarna meer dan tien jaar binnen dezelfde onderzoeksinstelling als systeem integrator voor energieopslag en -conversie. Vanuit die invalshoek begon hij, samen met TNO-collega’s Laurens van Vliet en Martin Mohana, met het bedrijf New Energy Solutions, onder het adagium ‘energieopslag voor elke woning’.
‘Door onze jarenlange expertise hebben we een goed beeld van de puzzel van energieopslag gekregen’, zegt Bodîs. ‘In de energie-intensieve industrie en voor zwaar transport zijn daar geen goede, efficiënte oplossingen voor. Ja, je kunt waterstof inzetten, maar bij opwekking verlies je 40 procent en bij conversie weer 40 procent. Om nog maar te zwijgen over zeldzame metalen die je voor elektrolysers moet gebruiken. Hetzelfde is het geval bij lithium-ion batterijen, de meest gebruikte batterijen op de markt. De grondstoffen daarvoor worden gewonnen in geopolitiek instabiele regio’s. Ook moet je batterijen aan het eind van hun levensduur, binnen twintig jaar, als chemisch afval gaan behandelen.’
Een van de veelbelovendste technologieën voor energieopslag is om warmte in de woning op te slaan. ‘Boilers kunnen dat niet’, vervolgt hij. ‘Die hebben grote warmteverliezen en bieden weinig opslagcapaciteit en comfort. Bovendien kunnen boilers, gevoed door duurzame stroom, niet flexibel op het wisselend aanbod aan wind en zon inspringen. Daarom zijn wij, nu bijna drie jaar geleden, een onderzoek gestart hoe we de efficiency kunnen verbeteren, het apparaat compacter kunnen maken en vooral, hoe we de energiedichtheid aanzienlijk kunnen verhogen.’
Uiteindelijk rolde daar, in nauwe samenwerking met onderzoeksinstelling TNO en König Metall, een Duits familiebedrijf in Baden-Württemberg, een unieke, gepatenteerde superboiler uit die op twee innovaties stoelt: vacuümtechnologie met relatief dunne RVS-wanden en extreem goede isolatie tussen de waterlagen.
Pavol Bodîs, ceo van Newton Energy Solutions: ‘Onze boiler slaat thermische energie voor vier à zeven dagen op. Met minimale verliezen.’
Stratificatie
‘Systeemverliezen van de NEStore bedragen in de praktijk circa 1 procent per dag’, zegt hij. ‘Dat is een factor twintig tot dertig minder dan reguliere boilers. Die hebben een invoertemperatuur van meer dan 60 °C en een uitvoer van 40 °C. Bij de NEStore ligt die op 110 °C bovenin en 20°C onderin het vat, zonder dat die waterlagen mengen, dus een verschil van 90 °C. Dat is bijna vijf keer zoveel. Daarbij maken we tevens gebruik van stratificatie.’Bodîs legt de werking van dit natuurkundig principe nader uit: ‘Warm water is lichter dan koud water en wil dus bovenin blijven als dat niet wordt gemengd. Het koude water zit onderin. Je hebt dat misschien zelf wel eens meegemaakt als je in een stilstaand meer zwemt. Wanneer je water in een afgesloten systeem zet en de lagen van elkaar scheidt, krijg je acht keer zoveel capaciteit als een standaard boiler. Wij tappen heet water uitsluitend aan de bovenkant af en brengen dat met een warmtewisselaar naar onderen waar het, nu afgekoeld, het vat in gaat. Onder het vat zit, naast de warmtewisselaar en het expansievat, een verwarmingselement die koud water op de bodem van het vat verhit en het als heet water via een geïsoleerde buis naar de bovenkant transporteert. Je kan het vergelijken met de werking van een koffiezetapparaat.’
Boiler met opslag
Naast isolatie en stratificatie heeft New Energy Solutions alle mogelijke lekken en gaten verwijderd. ‘Bij reguliere boilers gaat ruim de helft van de warmte daardoor verloren’, licht de ceo toe. ‘Je kan daarbij denken aan sensoren en kleppen voor de veiligheid en functionaliteit. In de NEStore bevinden zich slechts twee gaten: bovenin voor de afvoer van het hete water, onderin voor de aanvoer van koud water. Alle sturing is buiten het vat geplaatst, van de warmtewisselaar en de pompen tot het expansievat. Zo voorkomen we veel warmteverliezen via warmtebruggen tussen het vat en daarbuiten.’
Volgens Bodîs leidt de innovatieve technologie van het vacuümvat tevens tot aanzienlijke economische voordelen. ‘De NEStore heeft een diameter van 60 centimeter, een inhoud van 80 liter en is bij een capaciteit van 20 kWh ruim anderhalve meter hoog. Per woning kan het boilervat 1,5 tot 2 kW vermogen opwekken, ruim voldoende voor twintig minuten douchen. De capaciteit is echter acht keer zo groot als een standaard boiler.’
Maar er is meer. De NEStore slaat tevens warmte op. Bodîs verduidelijkt: ‘Salderen van zonnestroom wordt straks afgeschaft, terwijl netcongestie ervoor zorgt dat extra netaansluitingen niet langer mogelijk zijn’, zegt hij. ‘Onze boiler slaat thermische energie voor vier à zeven dagen op. Met minimale verliezen. Je hoeft hem dus niet elke dag op te laden. En dan ziet het vergelijkende rekensommetje er plots heel anders uit: een standaard boiler kost circa 1.700 euro, de NEStore van 30 kW minder dan 9.000 euro. Wil je zonnestroom in batterijen opslaan, dan ben je minstens 15.000 euro kwijt. De NEStore neemt, vergeleken met een standaard boiler, geen extra ruimte in, levert hetzelfde comfort en gaat door de materialen aanzienlijk langer mee.’
Verder ziet hij dat een gebruiker van een NEStore in grote mate zijn eigen opgewekte zonnestroom zelf kan gebruiken. Een woning of utiliteitspand betrekt normaliter zo’n 20 tot 30 procent van zijn zonnestroom zelf. Een groot deel van deze stroom gaat terug het net in. Nu wordt dat nog gesaldeerd, maar dat is nog maar even. Netbeheerders willen nu al omvormers kunnen afschakelen bij een te groot aanbod. ‘Wat de NEStore hieraan kan verbeteren’, zegt Bodis, ‘is dat het eigen gebruik wordt verhoogd. De NEStore leest via de slimme meter of andere apparatuur uit, hoeveel zonnestroom er teruggaat. Die elektriciteit slaan we op in de NEStore, dat noemen we ‘solar matching’. We zorgen er dus voor dat de zonnestroom binnen het pand blijft. Op die wijze verlagen we de druk op het net bij invoercongestie, zorgen we voor minder CO2-uitstoot en reduceren we de energiekosten. Dat is winst voor iedereen.’
Het werkingsprincipe van de NEStore.
Materialen
Niet alleen TNO was bij de startup betrokken. Ook het Duitse König Metall heeft New Energy Solutions vanaf het begin gesteund en de ontwikkeling van de NEStore mogelijk gemaakt. König Metall bestaat al ruim een eeuw en levert innovatieve producten voor de Duitse automotive industrie. Hun jarenlange kennis en expertise in de metallurgie pasten ze toe op het vervaardigen van het vacuümvat van NEStore.
Laurens van Vliet, cto van New Energy Solutions, licht toe: ‘König Metall bouwde een prototype uit RVS. Dat vat bleek een factor dertig beter dan een vat met isolatie van purschuim, een materiaal dat gebruikt wordt in boilers. König Metall wist een veel dunnere laag met minder verliezen te vervaardigen, niet tien centimeter dik zoals bij boilers maar slechts 3,5 centimeter dik. Daardoor kan het vat in een gelijkwaardig totaalvolume twee keer zoveel water bevatten. De energiedichtheid is vijf maal hoger dan bij boilers. Dit komt mede doordat de NEStore, door de kleine verliezen, de energie op veel hogere temperatuur opslaat. Die energie kunnen we opladen en ontladen, afhankelijk van de stroomprijs op de spotmarkt. Daarvoor zetten we voor onze klanten een verbruikersprofiel op die we koppelen aan de opbrengsten van pv-stroom, zodat ze van het gunstigste tarief kunnen profiteren.’
Over het dragermateriaal voor innovatieve isolatie wil Van Vliet weinig details kwijt. ‘Het is poreus, vooraf gevormd en past precies’, zegt hij. ‘Het is een super inert materiaal en het geheim van de smid. Het enige dat ik op dit moment kan zeggen, is dat het een glasvezelachtig materiaal is. Het materiaal voorkomt het probleem van uitgassen waarbij de moleculen loslaten en voor verkeerde convectiestromen zorgen. Uniek aan de NEStore is verder dat er goede stratificatie in het gesloten systeem plaatsvindt en dat de warmte bovenin blijft, waardoor de NEStore binnen een uur weer voldoende kan opladen.’
‘Systeemverlies is factor twintig tot dertig minder dan reguliere boilers’
Van lab naar praktijk
Testen met het prototype bij König Metall lieten zien dat alle sturing het beste buiten het vat geregeld kon worden. ‘Slechts één klein gaatje of een lek’, vervolgt Van Vliet, ‘zorgt ervoor dat de drukopbouw in het vacuümvat vermindert en de prestaties snel teruglopen. Dat hebben we tijdens testen sterk verbeterd. Alle leidingen en afdichtingen zijn onder de loep genomen, zodat de pomp optimaal kan werken en amper veroudert. Na een aantal jaar controleren we dat alles nogmaals.’
Het warmteverlies bij de NEStore is ongeveer 1 procent per dag.
Tussen testen in een gecontroleerde omgeving en de praktijk zit wel een verschil, beaamt de cto van New Energy Solutions. ‘In de woning wordt de NEStore intensiever gebruikt’, zegt hij. ‘Bovendien zijn er meer cycli. Dat leidt ertoe dat het apparaat sneller veroudert, met name als het gaat om de rubbers. Verder is een verschil qua waterinvoer. Heeft men wel of niet een mengkraan met een pomp? Afhankelijk van het soort kraan kan de flow rate afnemen en de temperatuur in het watersysteem oscilleren. We kijken nu naar manieren om die flow rate door middel van het open of dicht zetten van de kraan beter aan te sturen. Ook de leidinglengte van de NEStore naar de waterkraan speelt een rol in de optimale aansturing van de NEStore.
Dubbel verdienmodel
In 2023 is Paul Bijvoet aangetrokken als marketing- en salesmanager. Tot eind 2021 werkte hij als importeur van zonneboilers en biomassasystemen, nu overgedragen aan zijn zakenpartner. ‘Medio 2023 heeft de NEStore het CE-keurmerk gekregen’, vertelt hij. ‘Na een korte periode voor voorinschrijvingen vroegen we eerst op LinkedIn aandacht voor de NEStore. Dat sloeg in als een bom. BNR radio gaf ons airplay, een YouTube-filmpje werd meer dan een miljoen keer bekeken.’
De eerste consumentenmodellen vertoonden natuurlijk ook kinderziektes. ‘Een praktijkopstelling’, zegt hij, ‘is wel iets anders dan een opstelling in een gecontroleerde omgeving zoals een laboratorium. Intussen werken de NEStore’s stabiel. We werken continu aan het verbeteren van bijvoorbeeld een web-interface. Gebruikers hebben ons van goede feedback voorzien en tonen interesse in de verdere ontwikkeling.’
‘Door de afschaffing van de salderingsregeling hebben we nu een dubbel verdienmodel’, vervolgt hij. ‘Wij willen echter rustig groeien. Verlaging van de kostprijs is natuurlijk belangrijk. Om dat te realiseren zullen we eerst moeten opschalen. Nu nog zijn we bij de oplevering vaak fysiek aanwezig. Na enige tijd willen we daarom een handboek voor de installatiebranche opstellen, zodat installatiebedrijven de NEStore in twee tot drie uur kunnen plaatsen zonder dat we daarbij aanwezig hoeven te zijn.’
De oprichters van Newton Energy Solutions: Martin Mohana (links), Laurens van Vliet (midden) en Pavol Bodîs (rechts).
Utiliteit en luxe woningen
New Energy Solutions heeft aanvragen uit de hele wereld gekregen, van Nieuw-Zeeland en Chili tot Zuid-Afrika en Canada. ‘Die markten kunnen we nog niet bedienen’, lacht Bijvoet. ‘Vooralsnog focussen we ons op de Nederlandse utiliteitsmarkt, zoals kantoren, hotels, verzorgingstehuizen, sportcomplexen en de particulier die zoekt naar manieren om zijn eigen zonnepanelen beter te laten renderen. Zo hebben we recent een 3 x 30 kWh-systeem bij de brandweer op Schiphol geïnstalleerd om binnen het vermogen van de netaansluiting te blijven. Voor warmteopslag zijn er namelijk amper alternatieven.’
Volgens de sales- en marketingmanager heeft de NEStore grote voordelen voor de utiliteit. ‘Klassieke systemen verliezen daar elke dag veel warmte. Bovendien lijden reguliere boilers aan verkalking door tapwater. Elke twee jaar moeten de eigenaren onderdelen vervangen. Dat kost zo’n duizend euro per keer. Ons systeem gaat door de gebruikte materialen decennialang vrijwel onderhoudsvrij mee. Dat is eveneens interessant vanuit geopolitiek opzicht: we hoeven slechts weinig te importeren.’
Een aparte markt zijn kapitaalkrachtige particulieren in het luxe segment die over veel zonnepanelen beschikken. ‘Die lopen op zonnige dagen rond de middag tegen stroompieken en invoercongestie aan. Met de NEStore kunnen ze dat voorkomen door de overproductie van zonnestroom voor enkele dagen op te slaan. Binnenkort starten we een wervingscampagne om ook die groep te bedienen’, aldus Bijvoet.
Nabije toekomst
Met een schuin oog kijkt Newton Energy Solutions naar het buitenland, vooral naar onze oosterburen. ‘König Metall heeft het vacuümvat gebouwd en beschikt over de nodige contacten’, zegt Bijvoet. ‘Met ondersteuning van König Metall en hulp van onze overheden zullen we eind volgend jaar in gesprek gaan met mogelijk geschikte partners, denk aan distributeurs en groothandels. Ook België lonkt.’
Ondertussen blijft Newton Energy Solutions het apparaat optimaliseren. ‘Met name de koppeling van de NEStore aan een warmtepomp of aan een zonthermisch systeem biedt grote mogelijkheden. Daarnaast studeren we op verdere uitbreidingen als een verwarmingsfunctie voor de winter of koppeling aan de warmwatervoorziening van woningen en complexen’, besluit Laurens van Vliet.
Tekst: Tseard Zoethout
Fotografie: Newton Energy Solutions