Denne artikkelen er produsert og finansiert av Sintef - les mer.

Forsker Alexis Sevault foran anlegget som fungerer som et biologisk varmelager.
Forsker Alexis Sevault foran anlegget som fungerer som et biologisk varmelager.

Dette er et batteri fylt med voks

Voks-batteriet kan lagre energi fra sol og vind – som kan varme opp et bygg når strømprisene er høye.

Den ser ut som en sølvfarget kontainer med et lite, rundt vindu på siden. Inn og ut av innretningen går det flere rør. Gjennom dette systemet fraktes varme inn – og etter hvert ut igjen.

Beholderen lagrer energi på varme, solrike eller vindfulle dager – og henter den ut igjen på kalde. Teknologien baserer seg på såkalte faseendringsmaterialer i kombinasjon med varmepumper.

Energikilden kan være hva som helst: strøm fra solceller, spillvarme fra en fabrikk eller overskuddsenergi fra en vindturbin.

I ZEB-laboratoriet (Zero Emission Building) til Sintef og NTNU kommer energien fra solcellene som dekker det meste av byggets tak og sørside.

Vann er et faseendringsmateriale

Hva er et faseendringsmateriale? Forskningsleder Alexis Sevault i Sintef Energi forklarer:

I sin enkleste og mest kjente form er et faseendringsmateriale vann. Vann i fast form er is. I plussgrader blir det flytende, og når temperaturen nærmer seg 100 grader, endrer det seg til damp.

Vannet har altså evnen til å oppføre seg ulikt i ulike faser og lagrer varme når det eksisterer i flytende form.

Materialer som oppfører seg ulikt i ulike faser og som kan lagre varme, kalles PCM, «phase changing materials».

Flere faseendringsmaterialer kan lagre varme i flytende tilstand. Det interessante her er at de har et smeltepunkt som ikke er null. Dermed kan materialet utnyttes som en «varmebank» – eller batteri om du vil.

Forskningsleder Alexis Sevault og forsker Fride Vullum-Bruer studerer oppsettet i det biologiske varmelagringssystemet, som altså er et batteri som lagrer energi.
Forskningsleder Alexis Sevault og forsker Fride Vullum-Bruer studerer oppsettet i det biologiske varmelagringssystemet, som altså er et batteri som lagrer energi.

Smelter på 37 grader

Den store sølvfargede boksen som er en del av ZEB-laboratoriet, inneholder et faseendringsmateriale som smelter ved kroppstemperatur.

– På innsida flyter tre tonn biovoks basert på en vegetabilsk olje som ikke egner seg til mat. I likhet med vann som blir til is, går voksen over til fast krystall-liknende form når den blir kald nok. For denne voksen er kulde temperaturer under 37 grader, sier Sevault.

Han legger til at det finnes andre typer biovoks med ulike smeltetemperaturer. Det åpner for mange lignende bruksområder.

Om biobatteriet

  • Det meste av varmelagringskontaineren består av et såkalt faseendringsmateriale (PCM), som her er tre tonn biovoks.
  • En varmeveksler henter ut varmen som er lagret. 24 såkalte puteplater avgir varmen til prosessvannet, som er energibæreren som tar varmen ut av lageret.
  • Varmelager-konseptet kompakt og effektivt.

Som stearinlys i sol

På innsiden av materialet finner vi molekyler som oppfører seg svært økonomisk når det gjelder varme.

Molekylene henger tett sammen når materialet befinner seg i den faste fasen. De sparer energi. De klynger seg til hverandre og sitter i ro, ikke ulikt en gjeng forfrosne pingviner.

Når materialet smeltes, løses bindingene opp – og molekylene begynner praktisk talt å bevege seg. Energien blir kinetisk. Jo mer varme som tilføres fra omgivelsene, jo mer vibrerer molekylene, før de til slutt slipper bindingene til hverandre og kan vibrere fritt.

Da har materialet endret fase – det har blitt flytende.

Og motsatt – når voksen går fra flytende til fast form, vil molekylene slippe ut en stor del av den kinetiske energien til omgivelsene. De slutter å vibrere. Molekylene klynger seg igjen til hverandre for å spare energi – og blir til fast form, eller fast fase om du vil.

Du har sikkert lagt merke til at akkurat det samme skjer med et stearinlys av voks eller parafin som blir glemt i et stuevindu når sola steker ute.

Dette skjer med molekylene i et PCM-materiale som brukes til varmelagring.
Dette skjer med molekylene i et PCM-materiale som brukes til varmelagring.

Bio-basert og vedlikeholdsfritt system

Forskerne tar i bruk denne effekten i den sølvfargede kontaineren. Energien som samles på solcellepanelene utenfor, ledes via en varmepumpe inn til det store batteriet. Her danser molekylene fritt – fulle av energi i sin flytende form.

Når det blir behov for å hente ut energien, er det flytende vann som har jobben som den praktiske energibæreren.

Kaldt vann sendes først gjennom varmelageret. Etter et kort opphold der kommer vannet ut igjen i oppvarmet versjon – før det setter kurs for radiatorene og ventilasjonsanlegget. Det siste som oppvarmet luft i bygget.

Godt fungerende løsning

Teknologien har nå vært i bruk som en del av oppvarmingssystemet i ZEB-laboratoriet i over et år.

– Varmelageret leverer så god ytelse som ventet. Vi bruker så mye energi som mulig fra egenprodusert solenergi, sier forskeren.

Ved å lade biobatteriet i forkant av de kaldeste timene på dagen, unngår bygningen å spise opp verdifull nettkapasitet mens resten av byen også har stort behov for strøm samtidig.

Dermed er det mulig å utnytte svingninger i spotprisen. Batteriet kan lades når det er tilgang på energi fra sol, spillvarme og vind.

– Så kan vi hente ut effekten når strømprisen er høy, forklarer han.

Forskerne har store mengder data fra det første året med drift. Nå vil de optimalisere systemet mest mulig effekt.

Her i ZEB-laben til NTNU og Sintef er det energi fra laboratoriets solcellanlegg som lagres som varme i «biobatteriet». Energien skal varme opp bygget når det blir kaldere i været og sola ikke skinner.
Her i ZEB-laben til NTNU og Sintef er det energi fra laboratoriets solcellanlegg som lagres som varme i «biobatteriet». Energien skal varme opp bygget når det blir kaldere i været og sola ikke skinner.

Egner seg best i industrien

Løsningen er altså langt mindre sofistikert enn vanlige batterier. Men den egner seg ikke for alle bygg: Investeringskostnadene er fremdeles høye fordi dette er ny teknologi. Ulempen er altså at den ikke er noe for folk flest, foreløpig.

– Løsningen vil egne seg godt for industribygg, næringsbygg eller nabolag som kan dele på varmen. Og det beste er at dette er en teknologi som er nærmest vedlikeholdsfri. Det vil vare i minst 25 år, sier forskeren.

Forskerne jobber nå videre med optimalisering. Systemet skal kommunisere med omgivelsene. Værmeldinger og varierende strømpriser vil påvirke styringen. Denne forskningen skjer i samarbeid med NTNU og er finansiert av FME-senter ZEN (Zero-Emission Neighbourhoods). Sammen med flere andre NTNU og Sintef- institutter har forskerne etablert Gemini-senteret Termisk Energilagring.

Blir Sintef-spinoff

Forskerne som har utviklet «biobatteriet» – eller «PCM-varmelageret» på fagspråket, i ferd med å etablere et selskap som skal ta teknologien ut i markedet. Et støtteapparat for oppstartsselskap, Sintef TTO, bidrar.

– Etter flere måneder med testing i ZEB-laboratoriet ser vi for oss at vi trygt kan ta konseptet videre mot kommersialisering. Vi har også kommet i kontakt med flere sluttbrukere som er interessert i å få en pilot installert innen 2023–2024. Flere av disse er industriselskaper som kan gjøre det mulig å oppskalere konseptet, sier Alexis Sevault.

Om ZEB-laboratoriet og PCM-varmelager

ZEB-laboratoriet: Zero-emission building kontorbygg eid av NTNU og Sintef, finansiert av NTNU, Sintef, Forskningsrådet og ENOVA.

Laboratoriet inneholder følgende energiløsninger:

  • Solenegianlegg: 180 kWp
  • Lavvarme oppvarmingssystem basert på propan og luft-til-vann varmepumpe

PCM-varmelager:

  • Varmelagringskapasitet: 200 kWh – som tilsvarer nok energi til å varme opp bygget i tre til fire dager i den kaldeste perioden av året.
  • Inneholder tre tonn med biovoks-basert PCM som har en smeltetemperatur på 37 grader.
Powered by Labrador CMS