De verwarming van de bouwkeet, het koffiezetapparaat en in de winter wat bouwlampen: dat was het wel zo’n beetje als het ging om de elektriciteitsvraag in de tijd dat de meeste machines nog werden aangedreven door dieselmotoren. In de gevallen dat een netaansluiting niet beschikbaar of toereikend was, volstond een bescheiden dieselaggregaat.
Netcongestie en Stage V-technologie (Stage 5 is een emissienorm, red) zorgen ervoor dat dieselaggegaten in hun huidige uitvoering nog altijd een rol spelen in de grond-, weg-, en waterbouwsector. Maar nu als indirecte energiebron voor elektrisch materieel - het opladen van batterijpakketten. De veel lagere emissiewaarden van Stage V-motoren, in combinatie met slimme software die ervoor zorgt dat de aggregaten altijd optimaal belast worden en niet permanent staan afgesteld op incidentele piekvermogens, zorgen ervoor dat dieselaggregaten voorlopig nog niet afgeschreven hoeven te worden. De subsidieregeling Schoon en Emissieloos Bouwen (SSEB) stimuleert echter een volledig emissievrije uitvoering van GWW-projecten. Wat zijn hiervoor de mogelijkheden?
Waterstof
In de discussie over de energietransitie werd waterstof lang gezien als het ei van Columbus. Verschillende fabrikanten van bouwmaterieel ontwikkelden elektrische machines waarbij een brandstofcel zorgt voor de elektriciteitsvoorziening. Zo’n brandstofcel zet waterstof om in elektriciteit.
Inmiddels is het aanvankelijke enthousiasme voor deze manier van werken weer wat geluwd. Waterstof is nog altijd slechts mondjesmaat verkrijgbaar en daardoor erg duur. Er zijn bovendien nogal wat vereisten aan het transport en de opslag van waterstof: om het als vloeistof te vervoeren moet het tot ongeveer -250 graden Celsius gekoeld worden, en in gasvorm vraagt het een zeer hoge druk, tot wel 700 bar. Dat kost allemaal veel energie, wat het nettorendement van waterstof niet ten goede komt. Mede daardoor blijven de vermogens nog achter bij die van dieselaggregaten. Ter illustratie: een bundel waterstofcilinders van 12 kilo levert ongeveer 120 kWh. Een tienvoetscontainer kan zes van zulke bundels bevatten waarmee je 700 kWh kunt produceren. Een dieseltank van dat formaat is goed voor 30.000 kWh.
Het voornaamste bezwaar tegen het gebruik van waterstof is echter de geringe beschikbaarheid van groene waterstof. Nu wordt het grootste deel van het beschikbare waterstof nog geproduceerd uit aardgas, waarmee het gebruik van waterstof als emissievrij alternatief voor diesel zijn doel voorbijschiet. Brandstofceltechnologie is daarnaast erg duur. Een alternatief is het gebruik van waterstof als brandstof in verbrandingsmotoren. Die moeten daarvoor wel aangepast worden. Er komt dan geen CO2 vrij, maar nog wel stikstof. Dat probleem is te weliswaar ondervangen door alleen pure zuurstof te gebruiken in plaats van lucht, maar dat maakt het proces wederom kostbaar en complex.
Mierenzuur
Waterstof is dus niet altijd beschikbaar, en bovendien is de infrastructuur voor het transport ervan nog lang niet afdoende. Een alternatief is het ter plekke produceren van waterstof. Dat gebeurt met hydrozine als energiedrager. Hydrozine wordt gemaakt uit koolstofdioxide, water en (groene) stroom. Het resultaat heeft als scheikundige aanduiding HCOOH. Het is een zeer corrosieve stof die ook in planten, zoals brandnetels, en dieren voorkomt. Onder andere wespen en mieren maken en gebruiken hydrozine, vandaar dat de stof ook wel mierenzuur wordt genoemd.
In de voedingsmiddelenindustrie komt mierenzuur voor als additief E236m en heeft het de functie van conserveringsmiddel of zuurteregelaar. In een hydrozine-omvormer wordt mierenzuur omgezet in waterstof, dat vervolgens weer gebruikt wordt voor het produceren van elektriciteit. Hydrozine heeft als voordeel boven waterstof dat het een vloeistof is en dus makkelijk vervoerd en opgeslagen kan worden. Momenteel is BASF de grootste producent van hydrozine, maar het aantal producenten neemt toe.
Biogas en biomethanol
Een biogasaggregaat werkt in grote lijnen hetzelfde als een dieselaggregaat. De brandstof is afkomstig uit rioolzuiveringsinstallaties, waar biogas een restproduct is dat normaal gesproken wordt afgefakkeld. Er wordt sinds een paar jaar volop getest met het afvangen van dit gas, dat wordt opgeslagen in containers en dienst doet als brandstof voor het aggregaat. Het wordt gekoppeld aan een batterijbox die wordt bijgeladen door het biogasaggregaat, dat daarvoor zo efficiënt mogelijk wordt afgesteld. Uit een volle twintigvoetscontainer biogas kan nu al 6000 kWh aan elektriciteit worden geproduceerd.
Biomethanol wordt eveneens gewonnen uit biomassa, maar is in tegenstelling tot biogas vloeibaar en kan dus gewoon getankt worden. Het rendement is nu nog een stuk lager dan dat van biogas, maar het voordeel van methanol is dan weer dat het zowel in een verbrandingsmotor als in een brandstofcel gebruikt kan worden.
Hybrideaggregaten
Niet volledig emissievrij, maar wel een stuk schoner dan de traditionele dieselaggregaten zijn de zogenaamde hybridesystemen. Dit zijn batterijpakketten die worden gevoed door wind- of zonne-energie, met een dieselaggregaat als ’achtervang’ voor als er onvoldoende wind of zonlicht is. Diverse verhuurbedrijven beschikken inmiddels over zulke constructies, waarbij het belangrijk is te weten dat de hybrideaggregaten vaak zijn voorzien van uitgebreide telemetrie die het werkelijke dieselverbruik inzichtelijk maakt. Een zonnepaneel of windmolen die gekoppeld is aan een dieselaggregaat lokt als snel sceptische reacties uit over ‘greenwashing’, maar de data liegen niet: de besparing van diesel kan wel oplopen tot 80 procent.
Zonne-energie
Het geheim van een goed rendement van zonnepanelen is schaalvergroting en een slimme aanpak. De Zonnekoning is een reusachtig zonnepaneel van 60 vierkante meter dat meedraait met de zon en elektriciteit levert aan een batterijpakket van 100 kWh, dat naar wens kan worden uitgebreid. Het forse bouwsel wordt regelmatig ingezet bij projecten die volledig emissieloos moeten worden uitgevoerd en de resultaten zijn indrukwekkend. Bij de renovatie van een groot stadspark in Amsterdam werd de complete elektrische installatie voor zowel de bouwplaats zelf als het volledige machinepark - drie rupsgraafmachines van respectievelijk acht, twee en 3,5 ton, drie knikmopsen, een AZ95 zwenklader - gevoed met louter zonne-energie uit twee Zonnekoningen. Een noodaggregaat dat standaard wordt meegeleverd hoefde slechts eenmaal bij te springen, nadat het een aantal dagen regende. Als het harder waait dan 5 bft gaat het paneel automatisch in de vlakke stand.
Alternatieve batterijtechnologie
Zelfs als ze volledig schoon worden opgeladen, laten batterijpakketten een ecologische voetafdruk achter. Dat komt voornamelijk door de grondstof kobalt. Dat wordt gedolven in Congo-Kinshasa, waar een bedenkelijk regime heerst dat weinig op heeft met goede arbeidsomstandigheden. Ook lithium is een delfstof met een beperkte voorraad. Batterijen zonder lithium en kobalt zouden dus een flinke stap vooruit zijn en sinds kort wordt onder andere op de TU in Delft onderzoek gedaan naar sodium-ion-batterijen. Die gebruiken natrium - de wetenschappelijke naam van sodium - in plaats van lithium en hebben geen kobalt nodig. Het nadeel is wel dat de energiedichtheid van natrium veel lager is dan van lithium, wat toepassingen in telefoons en auto’s nu nog onmogelijk maakt. Voor stationaire toepassingen is sodium ion-technologie wel een goed alternatief.
Dat geldt ook voor solid-statebatterijen. Anders dan de vloeibare elektrolyten van lithium-ion werkt een solid-statebatterij met vaste elektrolyten, waardoor de kathode en de anode fysiek van elkaar gescheiden zijn. In de praktijk betekent dit een veel minder groot risico op kortsluiting, waardoor de solid-statebatterij veel zwaarder belast kan worden en sneller oplaadt.
Kinetische energie
Een beetje een vreemde eend in de bijt, maar beslist interessant, is vliegwieltechnologie. Het principe werkt op basis van kinetische energie die wordt opgeslagen in een vliegwiel. Het is een tol die in een metalen vat is gemonteerd en is aangesloten op een motor-generator. Middels een netaansluiting kan het vliegwiel in een paar minuten worden opgeladen naar maximaal 22000 toeren per minuut. Diezelfde motor-generator kan zet de beweging weer om in elektriciteit. Vliegwieltechnologie is speciaal geschikt om piekvermogens op te vangen, het zogenaamde ‘peakshaving’. Op bouwplaatsen is dat vooral aan de orde bij het gebruik van torenkranen en bouwliften, die gedurende een korte tijd een hoog vermogen vragen. Door dat vermogen te onttrekken aan het vliegwiel, hoeft de elektriciteitsvoorziening ter plaatse niet te worden afgestemd op die incidentele pieken in de elektriciteitsvraag. De technologie is afkomstig van vliegtuigbouwer Boeing en wordt in Nederland ontwikkeld voor de civiele techniek.
