Reverse ElectroDialysis

RED (Reverse ElectroDialysis) is een vorm van duurzame winning van energie. De ‘brandstof’ bestaat uit zoet en zout water. Rivieren monden uit in zee en het zoete water mengt zich daar met het zoute water. Dit zijn de meest voor de hand liggende geschikte locaties voor de toepassing van RED. Een deel van het rivierwater wordt samen met zeewater geleid door een membraanstapel in een behuizing, de zogenaamde RED-stack. Hier heeft het bedrijf REDstack dan ook zijn naam aan ontleend. Zout en zoet water worden in de stack gecontroleerd gemengd en in dit proces wordt elektrische energie gewonnen. Het resulterende brakke water wordt in zee teruggebracht en de elektrische energie wordt aan het net geleverd en gedistribueerd. De op deze manier gewonnen energie wordt veelal Blue Energy genoemd.

De drijvende kracht is ontleend aan de natuur. De natuur wil verschillen nivelleren. REDstack gebruikt het verschil in zoutconcentratie als drijvende kracht voor het ion-transport door de membranen. Door twee typen ion-selectieve membranen om en om te stapelen, worden de positieve en negatieve ionen uit het zoute water gedongen in twee richtingen te stromen, waardoor een spanningsverschil ontstaat. Dit spanningsverschil wordt aan de elektroden omgezet in elektrische stroom.

REDstack werkt op dit moment actief aan een serieuze opschaling van haar systeem op de Afsluitdijk, teneinde de laatste stap te kunnen zetten naar grote installaties met eindgebruikers in een commercieel traject.

Toepassing van RED

Er zijn diverse bronnen voor de toepassing van RED. Door een classificatie van de saliniteit in drie klassen (zoet, zee en brijn) zijn er dus drie mogelijke combinaties te bedenken voor de voeding van een RED-stack. We noemen hier de belangrijkste.

Zeewater met rivierwater

Het zoutgehalte van zeewater schommelt tussen de 3% en 3,5% ofwel tussen de 30 en 35 gram (vnl. NaCl) per liter. Dit maakt de techniek overal bruikbaar als er voldoende rivierwater beschikbaar is. De volgende gebieden blijken erg goede kandidaten te zijn: Nederland (Rijndelta), het Middellandse Zeegebied (Adriatische Zee), Zuidoost Azië (Zuid-Korea, China, Indonesië etc.), Zuid-Amerika (Colombia, Mexico, Caribisch gebied etc.), Golfregio (Verenigde Arabische Emiraten) en Oostkust Rusland. De proefinstallatie van REDstack op de Afsluitdijk is (en wordt ) ontwikkeld voor deze toepassing.

Zeewater met brijn (pekel)

Alhoewel deze combinatie minder beschikbaar is, zijn er ook voordelen. Omdat beide voedingsstromen behoorlijk zout zijn, is de elektrische weerstrand van de stack laag wat gunstig is voor een hoog vermogen. De brijn kan bijvoorbeeld een reststroom zijn uit een zoutfabriek of het concentraat van een ontzoutingsinstallatie voor zeewater. Het project REApower. waar REDstack deelnemer aan is, is ontwikkeld voor deze applicatie van RED. Op Sicilië is het concept succesrijk toegepast bij een bedrijf dat zout uit zeewater wint.

Een speciaal (nog niet gerealiseerd samenwerkingsproject van Israël en Jordanië) is de suppletie van water uit de Rode Zee naar de Dode Zee. Dit project voorziet ook in een ontzoutingsinstallatie. Door gebruik te maken van RED zou een aanzienlijk deel van de energie daarvoor geleverd kunnen worden.

Brijn en zoet water

In de natuur komen zoutmeren zonder afvoer voor die gevoed worden door rivieren. Een voorbeeld is het Great Salt Lake in Utah (USA) waarin de Jordan, de Bear en de Weber in uitmonden. Door enorme zoutgradiënt tussen het zoutmeer en de rivier is het energie-potentiaal dan ook erg groot.

De stack

Eén zo’n elektrochemische cel wordt een celpaar genoemd. Deze bestaat uit een Cation Exchanging Membrane CEM, een laagje zout water, een Anion Exchanging Membrane (AEM) en een laagje zoet water. Wanneer meerdere van deze celparen op elkaar gestapeld worden, neemt het voltage van de stapel (dus eigenlijk van de batterij) toe. Een hele stapel wordt een stack genoemd een RED-stack. Hieraan is de naam van ons bedrijf ontleend.

Een belangrijk onderdeel van een RED stack zijn de electroden. Binnen de stack hebben we te doen met ionen-stromen die aan de elektroden om worden gezet in elektronenstromen ofwel elektriciteit. Voor die omzetting zijn er twee mogelijkheden: een elektrochemische reactie aan de elektroden of het gebruik van capacitieve elektroden. Aan de ene elektrode ontstaat hierdoor een overschot aan elektronen (de minpool) en aan de andere een tekort aan elektronen (de pluspool). Wanneer deze elektronen via een extern circuit van de min naar de plus worden getransporteerd, ontstaat dus een elektrische stroom. Dit is dus een gelijkstroom die buiten de stack met een convertor omgezet wordt in wisselstroom die vervolgens aan het elektriciteitsnet geleverd wordt.