Schiphol test iron flow batterij voor stroomvoorziening
Schiphol zet een belangrijke stap richting duurzame luchtvaart door de introductie van de iron flow batterij voor grondoperaties. Dit innovatieve energieopslagsysteem maakt gebruik van ijzer als actief materiaal en biedt een veilig en efficiënt alternatief voor traditionele batterijen. Met deze test streeft Schiphol ernaar zijn grondmaterieel volledig uitstootvrij en elektrisch te maken tegen 2030. In dit artikel wordt de werking van de iron flow batterij uitgebreid besproken, evenals de impact ervan op duurzaamheid en efficiëntie.
Meest duurzame luchthaven
In een poging om al het grondmaterieel uitstootvrij en elektrisch te maken tegen 2030, test Schiphol de iron flow batterij. Deze batterij is gekozen vanwege de brandveiligheid in de nabijheid van passagiersvliegtuigen. De iron flow batterij die wordt getest, is aanzienlijk groot: hij heeft de afmetingen van een 40 ft zeecontainer, weegt 40 ton en heeft een maximale opslagcapaciteit van 500 kWh. Schiphol is de eerste luchthaven die deze batterij gebruikt en de eerste gebruiker in Europa. Volgens Schiphol blijft de capaciteit van de batterij tot 20 jaar constant.
Energieopslag in vloeibare elektrolyten, zonder degradatie van vaste materialen
De batterij is ontwikkeld en gebouwd door ESS Inc. in Oregon, in de Verenigde Staten. ESS Tech is gespecialiseerd in de productie van Long-Duration Energy Storage (LDES), oftewel energieopslag voor langere termijn. De batterij zal voorlopig worden gebruikt om de elektrische Ground Power Units (e-GPU’s) op het A/B-platform op te laden. Deze e-GPU’s voorzien vliegtuigen van stroom wanneer ze aan de grond staan. Door de grondactiviteiten te elektrificeren, wil Schiphol geleidelijk de vervuilende dieselgeneratoren uitfaseren en daarmee de CO2-uitstoot verminderen. De Iron Flow batterij sluit goed aan bij de ambitie van Schiphol om in 2050 de meest duurzame luchthaven ter wereld te zijn.
Testdoelen en subsidie
Tijdens de testperiode ligt de focus op de gebruiksvriendelijkheid, betrouwbaarheid en efficiëntie van de batterij. Bij een succesvol resultaat zullen er meer batterijen volgen, met als doel al het grondmaterieel uitstootvrij en elektrisch te maken. De batterij wordt mede gesubsidieerd door de EU en maakt deel uit van TULIPS, een Europees samenwerkingsverband van 32 luchtvaartpartijen en kennisinstituten, geleid door Royal Schiphol Group.
Werking van de iron flow batterij
De iron flow batterij (ijzerstroom-batterij) is een type redox-flowbatterij dat gebruik maakt van ijzer als actief materiaal om elektriciteit op te slaan en vrij te geven. In tegenstelling tot conventionele batterijen, waarin de energieopslag en -afgifte plaatsvinden in vaste elektroden, slaat een flowbatterij energie op in vloeistoffen die in twee aparte opslagvaten worden bewaard en door een reactiekamer (de "stack") worden gepompt.
Het ene opslagvat bevat het positieve elektrolyt, terwijl het andere het negatieve elektrolyt bevat.
De elektrolyten bevatten respectievelijk Fe²⁺/Fe³⁺-ionen (positieve elektrode) en Fe⁰/Fe²⁺ (negatieve elektrode).
Een membraan scheidt de twee compartimenten (de positieve half-cel en de negatieve half-cel), maar laat ionen (H+ of Cl-) door voor de ladingbalans. In de elektrochemische cel (de "stack") vindt de redoxreactie plaats.
De reactievergelijkingen hierbij zijn:
Positieve half-cel:
2 Fe²⁺(aq) → 2 Fe³⁺(aq) + 2 e⁻
E₀ = +0,77 V (1)
Negatieve half-cel:
Fe²⁺(aq) + 2 e⁻ → Fe⁰(s)
E₀ = -0,44 V (2)
Totale reactie:
3 Fe²⁺(aq) → 2 Fe³⁺(aq) + Fe⁰(s)
ΔE₀ = 1,21 V (3)
Het nominale celvoltage van de iron flow batterij is 1,21 V. Tijdens het opladen en ontladen verandert de kleur van het positieve elektrolyt: ijzer(III)chloride heeft een bruine kleur, terwijl ijzer(II)chloride lichtgroen is.
Oplaad- en ontlaadproces
Tijdens het laden oxideert ijzer(II) naar ijzer(III) in de positieve helft van de cel (reactie 1), terwijl ijzer(II) in de negatieve helft wordt gereduceerd naar ijzer(0) (reactie 2). Deze reductie is de "plating-reactie", waarbij ijzer(0) neerslaat op de kathode.
Tijdens het ontladen lost het neergeslagen ijzer(0) op in het elektrolyt en vormt opnieuw ijzer(II), terwijl ijzer(III) wordt gereduceerd tot ijzer(II).
Hoe groter de externe opslagvaten zijn, hoe meer de batterij aan energie kan opslaan. De iron flow batterij kan een energie-efficiëntie van ongeveer 70% bereiken, vergeleken met waterstofopslag, dat een efficiëntie van ongeveer 80% heeft.
Voordelen en beperkingen
De lange levensduur van de iron flow batterij wordt veroorzaakt doordat de elektrolyten niet degraderen zoals vaste materialen. Verder is er een onafhankelijke schaalbaarheid van vermogen (de "stack") en capaciteit (opslagvaten). De iron flow batterij is voor relatief grote systemen: meer geschikt voor stationaire energieopslag (bijvoorbeeld voor zonne- of windenergie), niet voor draagbare toepassingen. Bovendien maken pompmechanismen het systeem complexer.
