Ontwerp van de generator (credit:Remco Addink)

De Delftse student Remco Addink heeft een generator ontworpen die industriële restwarmte kan omzetten in elektriciteit. Dit jaar moet er een prototype komen.

De generator is een omgekeerde koelkast: warmte wordt elektriciteit in plaats van elektriciteit koude.

Jaarlijks loost de Nederlandse (petro)chemische warmte in het milieu met een equivalent van drie miljard kubieke meters gas (ofwel het verbruik van twee miljoen huishoudens). Veelal gaat het om koelwater met een temperatuur van zestig tot tachtig graden waar geen toepassing meer voor bestaat. Er valt dus veel te winnen als die energie nog op de een of andere manier nuttig gemaakt kan worden. Rotterdam sloot om die reden eind vorig jaar een convenant met de industrie om het afvalwater in te zetten voor stadsverwarming.

Een andere mogelijkheid is het omzetten van de warmte in andere vormen van energie, bij voorkeur elektriciteit. Theoretisch is dat mogelijk, maar het ontwerp daarvan is een ingewikkelde klus. Remco Addink nam de handschoen op en leverde het af. BASF levert een dezer dagen het speciale materiaal op dat nodig is voor een prototype. ‘De tekeningen liggen in principe klaar’, zegt de inmiddels afgestudeerde Addink. ‘Ik ben aan het kijken of er een partij geïnteresseerd is die mij gedurende een paar maanden in dienst zou willen nemen om dit te realiseren. Anders komt er de komende maanden ongetwijfeld een nieuwe masterstudent die hier mee verder gaat.’

De werking berust op het zogeheten magnetocalorische effect. Het werkingsprincipe is enigszins vergelijkbaar met dat van een koelkast. Daarin wordt een koelvloeistof op de ene plek gecomprimeerd en op de andere gedecomprimeerd, met als netto resultaat dat warmte van de ene naar de andere plek verplaatst wordt. Bij het magnetocalorische effect is het niet de (de)compressie van een vloeistof die de warmte verplaatst, maar het (de)magnetiseren van een materiaal. Het is een krachtig effect, dat gebruikt wordt om temperaturen in de buurt van het absolute nulpunt te behalen.

Het effect is ook omkeerbaar: niet elektriciteit omzetten om te koelen, maar warmte inzetten om elektriciteit te genereren. Centraal in het ontwerp van Addink, die hiervoor een Young Wild Idea Award won, staan vijf centimeter lange elementen van een mangaanlegering waar waterkanaaltjes in geboord zijn. De warmte van het water demagnetiseert het materiaal. De demagnetisering veroorzaakt een stroom in de koperen spoel om het element heen. Buiten de spoel bevindt zich een permanente magneet. Als het element weer afkoelt, zorgt de magneet dat het element weer magnetiseert. Dat zorgt opnieuw voor een stroom in de spoel.

De opbrengsten – volgens een door Addink gemaakt computermodel – zijn vooralsnog gering. De hele cyclus duurt vier seconden. Daarbij levert een element van 115 gram magnetocalorisch materiaal 14 mW elektrisch vermogen uit 2,44 milliliter water van 50 graden. In termen van energie-efficiëntie is dit een rendement van ongeveer één procent.

Addink ziet echter nog vele mogelijkheden om de efficiëntie te verbeteren. Belangrijkste is het versnellen van de cyclus. Uiteindelijk zou dat tot een efficiëntie van tien procent kunnen leiden. Nog altijd niet veel, maar gezien de enorme verspilling van restwarmte de moeite van het onderzoeken waard.