Daan Archer, NOST Tokyo
Origineel gepubliceerd op de site van Agentschap NL.
Samenvatting
Na meer dan een eeuw onderzoek naar Ocean Thermal Energy Conversion, beter bekend als OTEC, maken enkele bedrijven zich voorzichtig klaar voor commerciële projecten. Voor de constructie van een offshore OTEC-centrale in Tahiti werkt een spin-off van de Japanse Saga University sinds kort samen met de Franse overheid. Volgens experts is OTEC vooral geschikt om kleine tropische eilanden te voorzien van een stabiele vorm van lokaal gegenereerde duurzame energie. Interessante bijproducten zijn schoon drinkwater, koeling van gebouwen en voedingsstoffen voor de lokale landbouw.
Details
OTEC genereert energie door gebruik te maken van de temperatuurverschillen tussen warm water aan de oppervlakte en koud water diep in de zee. Vanaf minimaal twintig graden temperatuurverschil levert OTEC netto energie op.
Prof. Yasuyuki Ikegami, directeur van het Institute of Ocean Energy aan de Japanse Saga University ziet een enorm potentieel voor OTEC. Tijdens een ontmoeting in Tokio vertelt hij dan ook met enige trots over de bijdragen van zijn universiteit aan de verdere ontwikkeling van OTEC. Ikegami: “Een mijlpaal was de ontdekking van de ‘Uehara Cyclus’ in 1994. Destijds ontwikkelde Prof. Haruo Uehara, grondlegger van het Japanse OTEC-onderzoek, een techniek waardoor compactere OTEC-centrales een hogere efficiëntie konden halen.”
Ondanks het potentieel van OTEC geeft Ikegami aan dat niet één duurzame energiebron de algehele oplossing gaat zijn, zo ook niet OTEC. Ikegami ligt toe: “Volgens berekening kan offshore-wind tegen 2050 potentieel zestig miljard kWh genereren, OTEC veertig miljard kWh, en golfslag- en getijdenenergie ieder twintig miljard kWh.”
Figuur 1. Temperatuurverschillen aan de oppervlakte en op 1.000 meter diepte. Bron: Saga University.
Technologie
De basisonderdelen voor OTEC zijn een pomp, een turbine en warmtewisselaars voor verdamping en condensatie van een “werkvloeistof”. Het zogenaamde Gesloten-cyclus OTEC-systeem gebruikt ammoniak als werkvloeistof en het Open-cyclus OTEC-systeem gebruikt warm zeewater. De derde, hybride variant combineert de gesloten- en open-systemen.
Ammoniak verdampt al door weinig hitte en stelt het gesloten-cyclus OTEC-systeem in staat om op een lage temperatuur elektriciteit te genereren. Binnen het systeem verdampt de ammoniak door het warme zeewater om vervolgens onder druk een turbine te laten roteren. De turbine is gekoppeld aan een generator die de bewegingen omzet in energie. Het koude zeewater, vanaf duizend meter diepte naar boven gepompt, zorgt ervoor dat de damp opnieuw condenseert om vervolgens naar de verdamper gepompt te worden voor een nieuwe cyclus.
Open-cyclus OTEC werkt nagenoeg hetzelfde. Het grote verschil is dat het warme zeewater zelf dient als werkvloeistof. Het interessante aan dit systeem is dat aan het einde van de cyclus, tijdens de condensatie van de stoom door het koude zeewater, schoon drinkwater overblijft.
In het hybride OTEC-systeem activeert het verdampte warme zeewater uit de open-cyclus de gesloten-cyclus door de ammoniak te verdampen. Daaropvolgend genereert de gesloten cyclus energie. Parallel hieraan levert de open cyclus drinkwater.
Behalve als drinkwater kan het koude zeewater na afloop ook dienen voor koeling van gebouwen en als voedingsstof in de lokale landbouw en aquacultuur. Ikegami: “De bijproducten maken OTEC vooral voor kleine tropische eilanden en droge klimaten nabij de zee erg interessant. En het is, in tegenstelling tot wind- en zonne-energie, onafhankelijkheid van de weersomstandigheden.”
Lithium is mogelijk een bijproduct van OTEC. Het instituut van Ikegami onderzoekt in welke hoeveelheid, en vooral tegen welke prijs, deze grondstof daadwerkelijk via OTEC winbaar kan zijn. Momenteel is lithium-productie via OTEC echter nog vele malen duurder dan conventionele lithium-winning.
Figuur 2. OTEC-cyclus. Illustratie: TU-Delft.
Figuur 3. OTEC gebruikt voor koeling van gebouwen. Illustratie: TU-Delft
Toenemende publieke en private interesse
Japanse onderzoekers en bedrijven werken sinds de eerste oliecrisis in 1973 aan OTEC-technologie. De eerste succesvolle Japanse testconstructie, destijds ontwikkeld in samenwerking met TEPCO, de Tokyo Electric Power Company, stamt uit 1981. Door de dalende olieprijzen in de jaren tachtig verdween de Japanse interesse om OTEC verder te ontwikkelen. Desondanks werkten de onderzoekers van Saga University gestaag verder aan incrementele verbeteringen. In de afgelopen tien jaar maakten Saga University en Xenesys, spin-off en exclusieve patenthouder van alle OTEC-kennis van Saga University, ontwerpen en/of testcentrales in onder meer India (desalinatie, 1MW, 2000), Palau (3MW, 2001) en Kuwait (2007).
Inmiddels is de noodzaak voor duurzame energie nijpender en staat OTEC weer in de belangstelling. Om de veelbelovende hybride OTEC-technologie verder te ontwikkelen financierde MEXT, het Japanse Ministerie van Onderwijs en Wetenschap, in 2003 de bouw van het Institute of Ocean Energy, een OTEC-onderzoeksfaciliteit ter waarde van veertig miljoen dollar. Volgens Ikegami was deze investering een cruciale eerste stap om verder onderzoek naar hybride OTEC-technologie te bevorderen. Ikegami: “Het is belangrijk dat de publieke en private sectoren gezamenlijk investeren, zodat we grotere operationele centrales kunnen ontwikkelen. Internationale samenwerkingen met risicovolle investeringen zijn hiervoor essentieel.”
Zodoende is het huidige project in Tahiti een positieve ontwikkeling. Sinds dit jaar werken Saga University en Xenesys samen met de Franse overheid en de Frans-Polynesische overheid aan een nieuw te bouwen 10 MW offshore OTEC-centrale in Tahiti. Xenesys levert de OTEC-technologie en een Frans publiek-private militaire scheepsbouwer het offshore platform waarin de centrale geplaatst zal worden. Bij succes kan de centrale het eiland voorzien van een tiende van de nationale elektriciteitsbehoefte en twintigduizend mensen dagelijks voorzien van schoon drinkwater. Vooral kleine tropische eilanden als Tahiti en Palau hebben een groot gebrek aan drinkwater.
Ook bedrijven uit de VS en Nederland ontwikkelen OTEC-centrales in tropische zeeën. De Amerikaanse defensieaannemer Lockheed-Martin ontwikkelt een 10MW OTEC-centrale in Hawaii, gesubsidieerd door de Amerikaanse overheid. Deze centrale moet in 2014 operationeel zijn en dient als basis voor een grotere centrale van 100 MW. De beoogde afnemers zijn Amerikaanse troepen in de Stille Oceaan. Een opvallende nieuwe speler is Bluerise, een spin-off van de TU-Delft. Sinds augustus 2010 werkt het bedrijf aan een OTEC-centrale om de luchthaven van Curaçao te voorzien van koeling van de gebouwen, elektriciteit en drinkwater.
Figuur 4. Offshore OTEC-centrale met verbonden eco-park. Illustratie: Xenesys
Ocean Energy Association of Japan
Professor Takeshi Kinoshita van de universiteit van Tokio beaamt de groeiende interesse vanuit de industrie. Als voorzitter van de in 2008 opgerichte Ocean Energy Association of Japan (OEAJ) is hij nauw betrokken bij de Japanse publiek-private maritieme energieprojecten. In 2007 werd hij door MEXT verzocht om OEAJ op te richten om enerzijds de commerciële haalbaarheid van energieopwekking uit de oceaan te onderzoeken. Daarnaast moest hij nieuwe publiek-private projecten opzetten. Kinoshita: ”Maritieme energieopwekking kan niet de gehele energievoorziening op zich nemen. De OEAJ heeft vorig jaar berekend dat de maritieme energie opwekkingsmogelijkheden samen, inclusief offshore-wind, de potentie hebben om in 2050 vijf, maximaal tien procent, van alle benodigde energie te kunnen leveren. Voor de verdere ontwikkelingen is het van groot belang dat de industrië nauw betrokken is bij alle projecten.”
Inmiddels heeft OEAJ honderdvijftig leden uit de Japanse private, publieke en wetenschappelijke sector. In de zomer van 2010 hebben vijfentwintig industriële OEAJ-leden samen een commerciële dochter opgericht onder de naam Ocean Energy Business Association of Japan (OEAJ-B). Kinoshita: “Het is zeer bemoedigend dat giganten als Mitsui Shipbuilding en Mitsubishi Heavy Industries onlangs de OEAJ-B oprichten. Hiermee toont de industrie over te willen stappen van fase één, waarin de overheid alle financiële risico’s neemt, naar fase twee en drie waarin de bedrijven respectievelijk meefinancieren en uiteindelijk helemaal zelf financieren.”
Hidenori Yonekura, manager van de wind- en waterenergie programma’s bij NEDO, het R&D-financieringsagentschap van het Japanse Ministerie van Economische Zaken, is tevens positief de potentie voor energieopwekking uit de oceaan, zij het met enige reserve. Yonekura: “Om het economische belang van golfslag-, getijdenenergie en OTEC voor Japan te onderzoeken subsidiëren we sinds vorig jaar enkele projecten van twee jaar. In deze eerste studie zijn de projecten nog klein met een gemiddeld budget van vijftig miljoen Japanse yen (450.000 euro) per project.” Vooralsnog is Yonekura positief over de lopende projecten, ondanks hun kleinschalige energieopwekking. Yonekura: “Onlangs presenteerde Gyro Dynamics, een spin-off van Kobe University, met succes 45 kW golfslagtechnologie.” Desondanks uit Yonekura zijn twijfels over golfslagenergie als energiebron voor Japan. Yonekura: “De zeeën rondom Japan zijn niet geschikt voor golfslagenergie, zeker niet in vergelijking met de Europese zeeën.”
Volgens Yonekura is het goed dat ook NEDO het onderzoek naar maritieme energie meefinanciert. Yonekura: “Gezien de mondiale voorsprong van de Japanse OTEC is het belangrijk om hier op in te zetten, zeker nu de VS en Frankrijk weer actief onderzoek financieren.”
Conclusie
Wetenschappelijke experts zijn ronduit positief over de potentie van OTEC. Mocht de technologie uiteindelijk geschikt worden voor de Japanse EEZ, de Exclusieve Economische Zone van 370 km, dan heeft Japan een enorme potentiële bron van stabiele, duurzame energie in eigen wateren.
Bronnen
– Institute of Ocean Energy, Saga University: http://www.ioes.saga-u.ac.jp/en/about_oetc.html
– Xenesys: http://xenesys.com/english/
– NEDO, New Energy and Industrial Technology Development Organization
