Het is haast te mooi om waar te zijn: een elektriciteitscentrale die enkel uit het mengen van zout en zoet water stroom opwekt. Zonder afval en zonder horizonvervuiling, slechts met een membraan dat, onder zeeniveau, zee- en rivierwater van elkaar scheidt. Uit het verschil in zoutconcentratie wordt stroom opgewekt. Binnenkort gaat in Harlingen een proefopstelling van deze membraantechnologie draaien, die enkele tientallen kilowatts aan elektriciteit levert.
'De potentie van Blue Energy is enorm,' zegt Cees Buisman, wetenschappelijk directeur van onderzoeksinstituut Wetsus en hoogleraar milieutechnologie aan de Wageningen Universiteit, die de technologie mede ontwikkelde. Als de proefinstallatie naar tevredenheid draait moet in 2010 een pilotplant aan de Afsluitdijk komen. Die kan uiteindelijk 200 MW gaan leveren. Zo'n centrale zou langs een stuk dijk komen te liggen van een kilometer lang en zo'n tien meter breed zijn. 'In theorie kan in Nederland 3000 MWatt aan elektriciteit opgewekt worden met Blue Energy,' denkt Buisman. 'Wereldwijd gaat het om zo'n 20% van de totale elektriciteitsbehoefte.'

Osmotische druk
De techniek, Reversed Electro Dialysis (RED) genoemd, is al twintig jaar geleden bedacht. Het principe berust op osmose: ionen uit een oplossing met hoge concentratie hebben door het entropieverschil de neiging naar een oplossing met lage concentratie te gaan. Dat levert een spanningsverschil op waaruit stroom kan worden opgewekt (zie kader). Het vermogen van een RED-installatie is grotendeels afhankelijk van het membraan. 'Toen we begonnen kon een membraan slechts 0,2 Watt vermogen per vierkante meter leveren. Inmiddels zitten we op twee Watt. We willen uiteindelijk een membraan hebben dat vijf Watt per m² kan leveren,' legt Buisman uit. Voor een centrale van 200 MW is veertig miljoen m² membraan nodig. De prijs daarvan moet nog dalen naar vijf euro per vierkante meter. 'Dan zijn de kosten van een kilowattuur stroom vergelijkbaar met die van een kolencentrale met CO₂-afvang,' denkt de hoogleraar.
REDStack, een spin-off van Wetsus, bouwt de proefinstallatie in Harlingen. Het is nog niet bekend hoe die er precies uit zal gaan zien. 'De uitdaging zit in drie punten die we nog onderzoeken,' zegt universitair docent Bert Hamelers. Hij begeleidt vanuit de Wageningen Universiteit de promovendi van Wetsus die aan Blue Energy werken. 'Ten eerste het ontwerp. Moet je bijvoorbeeld zoet en zout water tegen elkaar in laten stromen of in dezelfde richting? Hoe dicht bij elkaar moeten de membranen staan? Daarmee is nog veel winst te halen op het gebied van vermogen.'

In een RED-opstelling zijn compartimenten (cellen) met zout en zoet water beurtelings van elkaar gescheiden door een membraan dat kationen doorlaat en een die anionen doorlaat. Het gevolg is dat de negatief geladen chlorideionen naar één kant van de cel bewegen en de positief geladen natriumionen naar de andere kant. Dat geeft een spanningsverschil van 80 mV per cel. Door elektroden aan de buitenste membranen te verbinden kun je stroom opwekken. Meerdere cellen in serie verhoogt de opgewekte spanning, honderd cellen geeft op die manier acht Volt. De elektrodereacties (Fe²⁺ → Fe³⁺) worden op gang gehouden door een pomp die het elektrolyt rondpompt. 

Ten tweede de keuze van het ionselectieve membraan. Dat is een dun laagje polymeer waaraan negatief geladen of positief geladen groepen zijn gekoppeld. Die vormen kanalen waardoor kationen respectievelijk anionen kunnen migreren. 'Onderzoekers van de Universiteit Twente onderzoeken nu binnen Wetsus een aantal commercieel verkrijgbare membranen, ' vertelt Hamelers. 'We kijken daarbij naar de selectiviteit: hoeveel anionen laat een anionuitwisselingsmembraan door, en hoeveel kationen houdt het tegen? Geleidbaarheid is eveneens belangrijk: hoe snel gaan de ionen door het membraan?'
Ten slotte moet duidelijk worden hoe de membraantechnologie zich in 'echt water' gedraagt. 'Technologisch werkt het heel goed,' zegt Buisman, 'Maar biologisch weten we nog niet zo veel. We onderzoeken bijvoorbeeld of de membranen aangetast kunnen raken door biologisch materiaal in het zee- of rivierwater, biofouling dus.'

Geen afval
Afval is er niet. Wel mengen zout en zoet water tot een brak geheel. Buisman denkt echter dat dat misschien wel een milieuvoordeel kan opleveren. 'De Afsluitdijk is op zichzelf al een heel harde scheiding tussen zoet en zout. Bij eb gaan de sluizen open en stroomt er een enorme bel zoet water de Waddenzee in. Ik kan me voorstellen dat dat voor de flora en fauna niet goed is. Als we een bassin maken met brak water uit de installatie krijg je een veel minder extreme overgang. Rijkswaterstaat houdt al steeds meer rekening met die plannen.'
 
Het volledige artikel is gepubliceerd in Chemisch2Weekblad no. 17, 15 september 2007.