# **Doorbraken in Batterij- en Opslagtechnologieën: Een Uitgebreid Overzicht** ## **Inleiding** De overgang naar duurzame energie stelt ons voor een uitdaging: hoe slaan we grote hoeveelheden energie efficiënt, betaalbaar en veilig op voor wanneer de zon niet schijnt en de wind niet waait? Huidige lithium-ion-batterijen hebben al veel mogelijk gemaakt, maar kampen met beperkingen in energiedichtheid, grondstoffenschaarste (zoals kobalt), kosten en levensduur. Daarom werken onderzoekers en bedrijven wereldwijd aan **nieuwe soorten batterijen en opslagtechnologieën** die langer meegaan, meer cycli aankunnen, veiliger zijn, minder kosten en een lagere milieubelasting hebben. Hieronder bieden we een zo compleet mogelijk overzicht van de meest veelbelovende ontwikkelingen, geclusterd per categorie. We geven per technologie een indicatie van de potentie (hoe bijzonder de doorbraak is) en een inschatting in welke termijn deze op grote schaal toepasbaar zou kunnen zijn. ## **Lithium-ion Batterijen: Verbeteringen en Nieuwe Materialen** Lithium-ion (Li-ion) batterijen vormen de huidige standaard in elektronica en elektrische voertuigen. Innovaties richten zich op het verhogen van de energiedichtheid en levensduur, en het verlagen van de kosten. Een benadering is het verbeteren van de bestaande batterijmaterialen. **Silicium-anodes** vervangen bijvoorbeeld deels de grafiet-anodes: silicium kan veel meer lithium-ionen opslaan, wat de capaciteit flink verhoogt. Recent demonstreerde ProLogium een accu met _100% silicium_ composietanode die een _energiedichtheid_ bereikte van 321 Wh/kg (gravimetrisch) – aanzienlijk hoger dan conventionele Li-ion (~200-300 Wh/kg) – en supersnel laden mogelijk maakt (300 km bereik in 5 minuten) . Ook aan de kathode-zijde zijn er ontwikkelingen, zoals kobaltvrije chemieën (bijv. lithium-ijzer-fosfaat, LFP) die goedkoper en veiliger zijn, zij het met iets lagere energiedichtheid. Nieuwe elektrolyt-additieven en separatoren verminderen slijtage en verhogen de veiligheid (minder risico op brand of dendrietvorming). Dankzij zulke verbeteringen nemen Li-ion batterijen elk jaar toe in prestaties. **Verwachting:** Ze blijven dominant op de korte termijn. We schatten ~90% kans dat door iteratieve verbeteringen (zoals silicium-anodes en kobaltvrije kathodes) de energiedichtheid binnen ~5 jaar met ~20-30% stijgt en de cycli verlengd worden, waardoor Li-ion nog zeker een decennium de ruggengraat van batterijopslag vormt. ## **Solid-state Batterijen (Vastestofbatterijen)** Solid-state batterijen vervangen de vloeibare elektrolyt in Li-ion cellen door een vaste geleider (bijv. keramiek of glas). Dit voorkomt lekkages en maakt het mogelijk een lithium-metaal anode te gebruiken voor veel hogere energiedichtheid. Het resultaat is **betere veiligheid en opslagcapaciteit** vergeleken met conventionele Li-ion . Automakers jagen deze technologie na omdat solid-state cellen elektrische auto’s ~50% meer bereik kunnen geven in één lading . Onderzoekers van Skoltech toonden onlangs met _machine learning_ aan dat nieuwe vaste elektrolyt-materialen en beschermende coatings de ionengeleiding en stabiliteit sterk kunnen verbeteren . Grote bedrijven (Toyota, Volkswagen, QuantumScape) beloven begin jaren 2030 de eerste solid-state EV-batterijen op de markt te brengen. **Verwachting:** Solid-state batterijen gelden als “heilige graal” voor EV’s. Er is ~70% kans dat we binnen ~5-7 jaar de eerste commerciële toepassingen zien (kleine serie EV’s rond 2028 bijvoorbeeld), en ~50% kans dat ze binnen ~10 jaar grootschalig in auto’s worden toegepast. Hun succes hangt af van het opschalen van productie en het oplossen van huidige uitdagingen (o.a. geschikte solide elektrolyten en levensduur), maar de potentie (hoger vermogen, geen brandgevaar) is zeer bijzonder. ## **Lithium-Zwavel Batterijen (Li-S)** Lithium-zwavel batterijen gebruiken zwavel als kathode in plaats van de metalen oxiden in Li-ion. Zwavel is goedkoop en overvloedig, en kan _zeer veel_ lithium-ionen binden, wat resulteert in een theoretische energiedichtheid tot wel 500-600 Wh/kg – ongeveer het dubbele van Li-ion . Bovendien zijn Li-S batterijen veel lichter (ideaal voor drones, vliegtuigen) en milieuvriendelijker (geen zeldzame metalen, zwavel is een restproduct). Het probleem was lang dat Li-S batterijen snel degradeerden en traag laadden door de complexe polysulfide-chemie. Hier zijn echter doorbraken gemeld. Ingenieurs van Monash University ontwikkelden in 2024 een Li-S prototype dat _dubbele energiedichtheid_ biedt vergeleken met Li-ion en bovendien **snellaadbaar** is (volledig laden in ~12 minuten) . Door een speciale katalysator geïnspireerd op Betadine antiseptica, wisten ze de laadsnelheid drastisch te verhogen en de levensduur te verbeteren. Een long-haul elektrische auto zou met zo’n batterij _1.000 km op één lading_ kunnen rijden en een smartphone zou in enkele minuten opgeladen zijn . Ook andere startups (bijv. Lyten) werken aan Li-S cellen voor ruimtevaart en EV’s. Li-S bevat geen giftige metalen en is inerter (minder brandgevaar). **Verwachting:** Li-S geldt als een potentieel _game changer_, maar moet zich nog bewijzen in grootschalige productie. We geven ~60% kans dat binnen ~5 jaar de eerste niche-toepassingen (bv. drones, ruimtevaart) verschijnen. Voor brede commerciële inzet in auto’s of vliegtuigen zal het ~2030 of later worden; als de recent behaalde 400 Wh/kg prototypes verder opschalen, kan Li-S in het komende decennium ~50% van de markt in specifieke sectoren veroveren. ## **Metaal-lucht Batterijen (bijv. Lithium-lucht, Zink-lucht, IJzer-lucht)** Metaal-lucht batterijen gebruiken zuurstof uit de lucht als actieve reactant aan de kathode. Dit maakt ze uiterst licht en theoretisch zeer energiedicht, omdat de batterij geen zware oxide-kathode hoeft mee te dragen. **Lithium-lucht** (Li-O₂) batterijen hebben bijvoorbeeld de hoogste theoretische energiedichtheid van _alle_ batterijtypes – met potentieel vier keer de energiedichtheid van Li-ion . Een lithium-lucht accu zou een EV mogelijk >1000 km bereik geven en zelfs elektrovliegtuigen in de toekomst mogelijk maken. In 2023 bereikten onderzoekers van Argonne National Lab een doorbraak: een lithium-lucht proefcel met een vastelelektrolyt kon _1.000 cycli_ halen en toonde voor het eerst een vier-elektronen reactie (vorming van Li₂O) bij kamertemperatuur . Zij verwachten met verdere ontwikkeling een _energiedichtheid van ~1200 Wh/kg_ te halen – bijna 4× beter dan Li-ion. Toch is Li-lucht nog in het labstadium: de uitdaging is o.a. het beheersen van zuurstofreacties en het vinden van elektrocatalysatoren die efficiënt én stabiel zijn. Een praktischere metaal-lucht batterij op kortere termijn is **ijzer-lucht**. Hierbij roest ijzer bij ontlading (in contact met luchtzuurstof) en wordt de roest weer omgezet naar ijzer bij opladen. Het Amerikaanse bedrijf Form Energy bouwt zulke _ijzer-lucht_ batterijen als goedkope lange-termijnopslag voor het stroomnet. Hun systeem kan **100 uur stroom leveren** (4+ dagen) tegen kosten die _concurreren met oude fossiele centrales_ . Het gebruikt enkel ijzer, water en lucht als materialen, die spotgoedkoop zijn. Form Energy heeft pilotprojecten gepland (1,5 MW/150 MWh in 2025) en claimt energie te kunnen opslaan voor ~1/10 van de kosten van lithium-ion. Ook **zink-lucht** is veelbelovend: zink is goedkoop en veilig, en primaire (niet-oplaadbare) zink-lucht batterijen worden al gebruikt in gehoorapparaten. Er wordt hard gewerkt aan _oplaadbare_ zink-lucht systemen voor o.a. grid-opslag, maar technische obstakels (vorming van zinkoxide en electrodegradatie) zijn nog niet volledig opgelost. Tot slot bestaan **aluminium-lucht** prototypes, waar aluminium als “brandstof” dient (oxideren tot alumina). Deze zijn niet direct oplaadbaar elektrisch, maar kunnen in EV’s dienen waarbij men eenvoudig aluminiumplaten vervangt en elders recyclet – een concept dat o.a. in Israël is beproefd. **Verwachting:** Metaal-lucht batterijen vormen een brede categorie, dus de vooruitzichten variëren. _IJzer-lucht_ systemen staan op het punt van commercieel debuut – we achten het ~80% waarschijnlijk dat tegen ~2030 dergelijke 100-urige opslag een rol van betekenis speelt bij grootschalige energieopslag (met name voor het opvangen van weeklange dunkelflautes in wind/zonne-energie). _Zink-lucht_ heeft circa 50% kans om binnen ~5-10 jaar door te breken voor stationaire opslag, mits oplaadcycli betrouwbaar verbeterd worden. _Lithium-lucht_ is revolutionair, maar zeker nog >10 jaar verwijderd; ~30% kans dat het pas na 2035 enig commercieel product oplevert – eerder in nichetoepassingen zoals luchtvaart waar de extreem hoge energiedichtheid de complexiteit rechtvaardigt. Over het algemeen zijn metaal-lucht batterijen **zeer bijzonder** door de hoge theoretische capaciteit en goedkope materialen, maar ze vergen nog flink R&D voor grootschalige inzet. ## **Natrium-ion Batterijen** Natrium-ion (Na-ion) batterijen werken vergelijkbaar aan Li-ion, maar gebruiken natrium-ionen in plaats van lithium. Natrium is ruim 1000× overvloediger dan lithium en wereldwijd goedkoop beschikbaar (bijv. in keukenzout). Hierdoor beloven Na-ion batterijen veel lagere materiaalkosten en een betere geopolitieke spreiding van grondstoffen. Traditioneel hadden ze lagere energiedichtheid dan Li-ion, maar recente doorbraken hebben dat verschil verkleind. Chinese fabrikanten (CATL, BYD) presenteren al de eerste Na-ion accu’s voor auto’s en grid-storage. Zo bereikte een prototype _energie­dichtheden_ rond **160-180 Wh/kg**, vergelijkbaar met LFP-type Li-ion, waardoor Na-ion geschikt is voor betaalbare EV’s en thuisbatterijen. Onderzoekers pushen de prestaties verder: een studie in 2025 toonde een nieuwe natrium-kathode (met organische verbindingen) die een **energie­dichtheid van 606 Wh/kg** op elektrodenniveau haalde, dankzij een vier-elektron redoxproces . Dit benadert de energiedichtheid van lithiumcellen en overtrof alle eerdere Na-ion records. Daarnaast toonde deze batterij uitstekende stabiliteit over honderden cycli . Hoewel dat labresultaten zijn, illustreert het dat Na-ion snel volwassen wordt. Voordelen van natrium-ion zijn ook **veiligheid** – waterige Na-ion batterijen (met zout water elektrolyt) zijn mogelijk, wat brandrisico verlaagt – en beter presteren bij lage temperaturen. Nadelen zijn iets zwaarder gewicht en iets lagere spanning per cel dan Li-ion. Toch worden in 2023-2025 al pilot-productielijnen opgezet. **Verwachting:** Natrium-ion batterijen hebben ~90% kans om binnen ~5 jaar een belangrijke rol te spelen, met name in stationaire opslag en betaalbare EV’s. Waarschijnlijk zien we rond 2025-2027 de eerste grootschalige implementaties in het stroomnet (voor grid buffering) en in instapmodellen EV’s (met wat korter bereik maar lagere kostprijs). Op middellange termijn (2030) zouden Na-ion accu’s een aanzienlijk marktaandeel kunnen pakken als de productie opschaalt, omdat ze minder afhankelijk zijn van schaarse materialen. De doorbraken in energiedichtheid maken deze technologie _bijzonder hoopgevend_ als complement én concurrent van lithium-ion. ## **Andere Ion-batterijen (Mg, Ca, K, Al)** Naast lithium en natrium wordt onderzoek gedaan naar andere metaalion-batterijen die potentieel nog goedkoper en veiliger zijn. **Magnesium-ion** batterijen bijvoorbeeld zouden een twee-waardig geladen ion gebruiken, waardoor per ion meer lading wordt getransporteerd dan Li⁺. Magnesium is tevens overvloedig en niet brandbaar. De uitdaging is dat magnesium-ionen traag diffunderen in gebruikelijke elektroden en sterke neiging tot aantasting van elektrolyt hebben. Er zijn wel labdemo’s van oplaadbare Mg-batterijen, maar de energiedichtheid en cycli blijven nog beperkt. **Kalium-ion** (K-ion) batterijen zijn ook in ontwikkeling – kalium is net als natrium goedkoop. Ze kunnen misschien hogere laadsnelheden bereiken, maar kampen met een nog zwaarder ion en dus iets lagere capaciteit. **Calcium-ion** batterijen (Ca²⁺) zijn eveneens conceptueel interessant door twee-electronoverdracht, maar bevinden zich in fundamenteel onderzoeksstadium, mede door complexe chemie. **Aluminium-ion** technologie wordt ook onderzocht; aluminium heeft drie-waardige ionen en is super goedkoop. Er zijn experimentele cellen (bijv. aluminium-graphiet of aluminum-zwavel) met veelbelovende cycli en veiligheid, maar nog lage werkspanning en bijlange niet de prestaties van Li-ion. **Verwachting:** Deze “beyond lithium” ion-batterijen verkeren grotendeels in een pril stadium. De kans dat één van deze (Mg, Ca, K, Al) binnen 10 jaar commercieel grootschalig inzetbaar is, schatten we laag in – rond ~20-30%. Het potentieel is er (met name Mg en Al vanwege theoretische energiedichtheid en kosten), maar de wetenschappelijke barrières zijn hoog. Wel zien we dat continu vooruitgang wordt geboekt in labs, dus mogelijk duikt één van deze technologieën na 2030 op in nichetoepassingen. In het kader van grootschalige energieopslag blijven lithium- en natrium-ion voor de nabije toekomst veel waarschijnlijker. ## **Redox-Flow Batterijen (Doorstroombatterijen)** _Flow-batterijen slaan energie op in vloeibare elektrolyten die in externe tanks worden bewaard. Hierdoor zijn ze bij uitstek geschikt voor grootschalige opslag met vrijwel onbeperkte cycli, omdat de batterijreactie plaatsvindt tussen elektrolytvloeistoffen buiten de elektrode zelf._ Een typisch voorbeeld is de vanadium-redoxflow batterij, waar twee tanks met vanadium-ion oplossingen (in verschillende oxidatietoestanden) via een cel stroom uitwisselen. Flow-batterijen zijn **veilig** (geen brandbare elektrolyt, werken vaak waterig), hebben een lange levensduur (10.000+ cycli gemakkelijk) en kunnen makkelijk opgeschaald worden door grotere tanks te gebruiken voor meer capaciteit. Ze zijn bij uitstek bedoeld voor het opslaan van hernieuwbare energie op het net. In het verleden waren de kosten hoog (vanadium is duur) en de energiedichtheid laag (vaak ~20-50 Wh/L, dus ze nemen ruimte in). Toch worden grote projecten gerealiseerd, bijvoorbeeld in China en Japan, met capaciteit om hele windparken een paar uur te overbruggen. Nieuwe ontwikkelingen richten zich op goedkopere chemieën en hogere stabiliteit. Een recente doorbraak is de **aqueous organic flow battery (AOFB)**, een water-gebaseerde flow-batterij met organische moleculen als actieve stoffen . Omdat deze uit abundante elementen bestaan en in water werken, beloven ze goedkope en milieuvriendelijke opslag . Onderzoekers in Xi’an (China) ontwikkelden een organische anolyte (een NDI-derivaat) met _zwitterion_ groepen, die na 220 laadcycli geen capaciteitsverlies liet zien . Dit is veelbelovend, want het adresseren van ontladingscycli en stabiliteit was een knelpunt. In een andere studie bereikte een nieuwe organische flow-verbinding (PTO-PTS) zelfs **5.200 cycli** met praktisch 100% capaciteit behoud – en dit over een breed temperatuurbereik (10°C tot 60°C) zonder afname. Deze “waterbatterijen” tonen aan dat flow-technologie enorm verbeterd wordt in levensduur en ook kostprijs: het genoemde Xi’an systeem zou ~$6,18 per Ah aan materiaal kosten , wat commercieel aantrekkelijk begint te worden. Vanadiumflow wordt eveneens goedkoper door massaproductie en projecten zoals met overheidssteun in de UK . **Verwachting:** Redox-flow batterijen gelden als veelbelovend voor _stationaire_ opslag op schaal. Ze zijn qua energiedichtheid wel lager dan chemische batterijen, dus niet geschikt voor mobiele toepassingen, maar voor het net zeer waardevol. We achten het ~80% waarschijnlijk dat flow-batterijparken tegen ~2030 een aanzienlijk deel van de lange-duur opslag vormen (4-12 uur bereik) bij wind- en zonneparken, zeker in regio’s waar veiligheid en cycli zwaarder wegen dan compactheid. De recente wetenschappelijke doorbraken in organische flow-batterijen verhogen de kans dat kosten dalen en levensduur praktisch onbeperkt wordt, wat ze _zeer hoopgevend_ maakt. Wel kan het nog 5+ jaar duren voor de nieuwe materialen opschalen van lab naar veld. ## **Vloeibare Metaalbatterijen (Molten Metal Batteries)** Een andere innovatie voor met name netopslag is de vloeibare metaalbatterij. Dit type batterij, uitgevonden door Donald Sadoway van MIT, bestaat uit _gesmolten metalen_ als anode en kathode, gescheiden door een gesmolten zout als elektrolyt. Bij bedrijfstemperaturen van zo’n 500°C zijn zowel anode als kathode vloeibaar. Een voorbeeld is de calcium-antimoon batterij: een laag vloeibaar calcium-alloy (lichte metaal) drijft bovenop een laag gesmolten antimoon (zwaar metaal), met daartussen een gesmolten zout . Het systeem werkt als een klassieke cel tijdens laden/ontladen, maar doordat alle actieve componenten vloeibaar zijn, treedt er geen degradatie op door uitzetten/krimpen of dendrietgroei. Dit maakt de batterij **bijzonder robuust** – er is data van duizenden cycli zonder noemenswaardige capaciteitsafname . Sadoway’s startup Ambri heeft dergelijke batterijen ontwikkeld en gericht op 20-jarige levensduur **met <5% degradatie** . Bovendien zijn de gebruikte materialen goedkoop (bijvoorbeeld calcium, antimoon, tin etc.) vergeleken met lithium-ion-componenten. Ambri claimde initiële kosten van $180-250 per kWh, met een doel van rond **$21/kWh tegen 2030** – drastisch lager dan huidige lithium-batterijen (~$400/kWh geïnstalleerd) . Een pilot van 300 kWh in samenwerking met Xcel Energy zou in 2024 operationeel worden . Voordelen van vloeibare metaalbatterijen zijn ook dat ze **niet brandbaar** zijn (geen organische elektrolyt) en intrinsiek veilig; bij een lek stolt het metaal en stopt de reactie. Ze reageren relatief traag (geschikt voor stationaire opslag, minder voor snelle EV-behoeften) en moeten continu op temperatuur gehouden worden, wat energie kost – maar bij grote schaal is dat beheersbaar. Recente ontwikkelingen richten zich op het verbeteren van de elektrolyt (zouten die minder corrosief zijn) en het verlagen van de bedrijfstemperatuur (sommige experimentele systemen werken al rond 300°C). **Verwachting:** Vloeibare metaalbatterijen hebben een goede kans op grootschalige toepassing in het net voor middel-lange opslag (4-24 uur). We schatten ~70% kans dat binnen ~5 jaar grotere installaties (MWh-schaal) commercieel draaien, bijvoorbeeld op industrieterreinen of bij zonneparken. Ambri zelf heeft uitdagingen gekend (financiering, opschaling) – het bedrijf ging recent door een herstructurering – maar de technologie is wetenschappelijk degelijk. Als de kosten echt naar ~$20/kWh dalen rond 2030, is dit _revolutionair laag_ en zou het grootschalige opslag (<$0,02 per kWh-cycle) mogelijk maken. De potentie is dus bijzonder, maar de marktacceptatie hangt af van het bedrijfsvermogen om fabrieken te bouwen. ## **Supercondensatoren (Ultracapacitors)** Supercondensatoren slaan energie niet chemisch op zoals batterijen, maar elektrostatisch. Ze hebben twee geleiders gescheiden door een isolator en kunnen zeer snel lading opnemen en afgeven. Hierdoor kunnen supercondensatoren in seconden opgeladen of ontladen worden en miljoenen cycli doorstaan zonder slijtage. Ze worden al toegepast voor korte energiepieken, bijvoorbeeld bij het recuperatief remmen van trams of als buffer in noodstroomvoorzieningen. Hun _energiedichtheid_ is echter veel lager dan die van batterijen – meestal enkele Wh/kg, hoewel moderne ontwikkelingen met nanomaterialen dit proberen op te krikken. Een voordeel is wel de _vermogensdichtheid_ (kW/kg) die een orde groter is dan van batterijen . Supercaps zijn daarmee geen vervanging voor batterijen in bijvoorbeeld EV’s (ze kunnen niet genoeg totaalenergie opslaan voor lange afstanden), maar **complementeren** wel: in een EV zouden ze bijvoorbeeld snelle laadbeurten of acceleraties opvangen, terwijl een batterij de bulkenergie levert . De meest veelbelovende innovaties richten zich op materialen met enorme oppervlakte, zoals **grafeen**. Grafeen heeft een hoge elektrische geleiding en een theoretisch groot oppervlak, wat de capaciteit van condensatoren verhoogt. Onderzoekers zijn erachter gekomen dat deels _wanordelijke_ (amorfe) koolstofmaterialen soms méér energie kunnen opslaan dan perfect geordend grafeen, door extra opslagplekken voor ladingsdragers te creëren. Er zijn al commerciële producten (bijv. Skeleton Technologies) die met grafeen-gebaseerde ultracaps werken voor de auto-industrie. Prognoses geven aan dat de energiedichtheid van supercondensatoren binnen ~5 jaar zou kunnen _verdubbelen_ dankzij materiaaldoorbraken . Dat zou ze aantrekkelijker maken voor toepassingen als snelle laadpalen (energie bufferen) of stabilisatie van stroomnetten. **Verwachting:** Supercondensatoren zullen waarschijnlijk een _niche maar belangrijke_ rol spelen. We achten het ~50% kans dat ze in de komende 5-10 jaar grootschalig gebruikt worden in transporttoepassingen (bussen, trams, auto’s) als buffer voor snelle energieuitwisselingen. Het is onwaarschijnlijk dat ze conventionele batterijen verdringen voor langdurige opslag vanwege de fysische beperkingen (~5% van de energie­dichtheid van batterijen blijft een obstakel). Wel is de technologie matuur en veilig, dus waar nodig zal ze zeker gebruikt worden – de ‘bijzonderheid’ zit hem in de vrijwel oneindige levensduur en hoge vermogens, niet in het opslagvolume. ## **Pompaccumulatie (Waterkracht opslag)** Pompaccumulatie, oftewel pumped hydro, is de oudste en meest gevestigde vorm van grootschalige energieopslag. Bij _pompwaterkracht_ wordt overtollige elektriciteit gebruikt om water van een laag reservoir naar een hoger gelegen reservoir te pompen. Wanneer stroom nodig is, laat men het water terugstromen door turbines om elektriciteit op te wekken . Dit systeem maakt gebruik van de zwaartekracht en is eenvoudig en betrouwbaar – eigenlijk een “oplaadbare waterbatterij”. Pompaccumulatie heeft een typische **rondtrip-efficiëntie** van ~70-80% en installaties gaan tientallen jaren mee. Het is dan ook mondiaal de grootste opslagtechnologie: ~95% van alle opgeslagen elektriciteit wereldwijd is via pumped hydro . Veel landen gebruiken het om nachtelijke dalen op te vangen of pieken overdag. Zo heeft Europa, de VS, China vele gigawatts aan pompaccumulatie in heuvel- of bergachtige gebieden. Hoewel dit geen nieuwe technologie is, verdient het vermelding als **ruggengraat** van huidige opslag. De groei ervan is beperkt door geografie: je hebt hoogteverschil en ruimte nodig. Innovaties binnen deze sector betreffen het zoeken naar nieuwe locaties (bv. oude mijnen als ondergronds reservoir, of zee-water opslag in bergachtige kustregio’s), het gebruik van bestaande infrastructuur (zoals door waterkrachtcentrales om te bouwen) en het verbeteren van turbines (variabele snelheid pompen voor flexibeler regeling). Omdat pompaccumulatie al bewezen is, is de “doorbraak” hier meer in toepassing: bijv. voorstel om op eilanden of afgelegen gebieden micro-pumped hydro te bouwen voor energiereserves, of combinaties met zonneparken in heuvelachtig terrein. **Verwachting:** Pompaccumulatie blijft een belangrijke oplossing, maar de **bijzonderheid** is beperkt – het is immers een bekende techniek. We geven ~90% kans dat het ook in 2030 nog de grootste bulkopslag-capaciteit levert wereldwijd, zij het met gematigde groei (er worden nog projecten bijgebouwd, maar het potentieel is geografisch begrensd). In vlakke landen zal pumped hydro geen grote vlucht nemen, maar in bergachtige regio’s en voor langdurige opslag (8+ uur) blijft het een gouden standaard vanwege de lage operationele kosten en lange levensduur. ## **Zwaartekrachtbatterijen (Nieuwe Gravitatie-opslag)** _Kunnen we energie opslaan door simpelweg massa op te tillen en later te laten zakken? Het principe is hetzelfde als bij pumped hydro, maar dan zonder water. Nieuwe systemen stapelen massablokken of verplaatsen zware gewichten verticaal om energie op te slaan._ Een prominent voorbeeld is **Energy Vault’s** toren, waarbij grote betonblokken door een kraan omhoog worden gehesen als er overschotstroom is, en bij stroomtekort weer worden neergelaten om via generatoren stroom op te wekken. In 2024 heeft Energy Vault zijn eerste commerciële _EVx-gravity_ opslagproject in China aangesloten op het net . Zo’n toren gebruikt modulair beton (of compact grondmateriaal) en kan zowel kortdurend als langdurig energie leveren door meer of minder blokken te bewegen. Het grote voordeel is dat de zwaartekracht altijd “aan” staat – het systeem is inert en verliest nauwelijks energie over de tijd, in tegenstelling tot batterijen die zelfontlading hebben. Ook is het **ongevoelig voor temperatuur of brandgevaar**, want er komen geen chemische reacties aan te pas . Dit maakt zulke installaties potentieel zeer duurzaam (levensduur >30 jaar). Een variant op dit thema zijn treinwagons of liften met gewichten: bijvoorbeeld een systeem dat zware railwagens een helling op trekt (bij overschot) en naar beneden laat rollen (bij vraag), of in mijnschachten gewichten op en neer beweegt (zoals het Gravitricity-project in Schotland). De uitdaging voor zwaartekrachtopslag is de energiedichtheid en snelheid: je hebt erg grote massa’s en hoogte nodig om veel energie op te slaan, en de constructie (kranen, liften) moet betrouwbaar en veilig zijn. Energy Vault’s commerciële ontwerp stapelt blokken in een gebouw-vorm om de footprint te verkleinen en weerbestendigheid te vergroten. Zo’n systeem heeft typisch een efficiëntie van ~75-80% (verlies zit in motor-generator en frictie). **Verwachting:** Zwaartekrachtbatterijen zijn een elegante oplossing zonder exotische materialen, maar moeten zich nog economisch bewijzen. We achten de kans dat deze technologie op grote schaal wordt toegepast rond ~60%. In de komende 5 jaar zullen een handvol demonstratieprojecten (zoals de 18 MW/36 MWh plant in Texas ) aantonen of de kosten concurrerend zijn met alternatieven. Als bouwkosten dalen en operationele betrouwbaarheid hoog blijkt, zou tegen 2030 een deel van de lange-termijn opslag in vlakke gebieden via deze weg kunnen lopen. Het is echter geen _zekerheid_: er is ook ~40% kans dat nichetoepassingen (bv. in bestaande mijnschachten of stedelijke hoogbouw geïntegreerde systemen) de voornaamste inzet blijven. De _bijzonderheid_ is vooral dat het zonder chemie werkt en theoretisch een levensduur van tientallen jaren heeft met minimaal onderhoud. ## **Gecomprimeerde lucht en vloeibare lucht opslag** Behalve in vaste massa, kan zwaartekrachtenergie ook worden opgeslagen via _druk_. **Compressed Air Energy Storage (CAES)** comprimeert lucht in een grote opslag (bv. een ondergrondse grot of bovengrondse drukvaten) met overtollige elektriciteit. Bij vraag laat men de samengeperste lucht expanderen door een turbine. Traditionele CAES-installaties bestaan al decennia (b.v. in Huntorf, Duitsland) en gebruiken zoutcavernes om lucht in op te slaan. Ze kunnen meerdere honderden MW vermogen leveren gedurende enkele uren. Het nadeel was lange tijd de efficiëntie (~50% of lager) doordat bij compressie warmte vrijkomt die meestal verloren gaat en bij expansie koude ontstaat die het proces afremt. Moderne verbeteringen, zogeheten _adiabatische CAES_, proberen de compressiewarmte op te slaan (in warmtebuffers) en bij het turbineproces weer toe te voegen, zodat efficiëntie >70% wordt gehaald. Een verwante technologie is **vloeibare lucht opslag (LAES)**. Hierbij wordt lucht of enkel stikstof gekoeld tot ~-196°C zodat het vloeibaar wordt (met overschotstroom, vergelijkbaar met een grote industriële luchtverliquefactor). De vloeibare lucht wordt in geïsoleerde tanks bewaard. Wanneer energie nodig is, laat men de vloeistof weer verdampen/expanderen, waarbij het een turbine aandrijft. LAES heeft als voordeel dat de energie _compact_ opgeslagen kan worden in tanks (hoge energiedichtheid vergeleken met CAES, want vloeibare lucht is veel dichter dan gasvormige) en dat het op elke locatie kan worden gebouwd zonder speciale geologie. Het Britse bedrijf Highview Power bouwt in Engeland ’s werelds eerste grote LAES-fabriek: een 50 MW / 300 MWh systeem gepland voor in bedrijf in 2026 . Dit systeem kan naar verwachting energie **wekenlang** vasthouden met weinig verlies – geschikt voor seizoensopslag . LAES- efficiëntie ligt rond 60-70%, maar kan verbeterd worden door restkoude en restwarmte slim te gebruiken of te combineren met industriële processen. **Verwachting:** Comprimeren van lucht (of het nu gasvormig of vloeibaar is) is een technisch bewezen principe dat schaalbaar is. We zien ~75% kans dat tegen ~2030 meerdere grootschalige CAES/LAES-projecten operationeel zijn, met name in regio’s waar langdurige (>8 uur) opslag gevraagd is en batterijen te kostbaar of minder duurzaam zijn. LAES-projecten zoals die van Highview krijgen flinke investeringen (o.a. £300 miljoen steun in de UK ), wat aangeeft dat er vertrouwen is in commerciële toepasbaarheid. CAES zal beperkt blijven tot locaties met geschikte ondergrond (zoutkoepels e.d.), maar LAES kan wereldwijd worden neergezet bij energiehubs. De technologie is niet zo “sexy” als nieuwe batterijen, maar de doorontwikkeling (isolatie, warmte-koude terugwinning) maakt het zeer levensvatbaar. Al met al achten we de _bijzonderheid_ gematigd – het is geen radicale nieuwe ontdekking, maar een inventieve toepassing van bekende thermodynamica – echter de **betrouwbaarheid en schaal** kunnen het wel een sleutelrol geven in het toekomstige energiesysteem. ## **Vliegwielenergieopslag** Een andere mechanische opslagmethode is het **vliegwiel**. Hierbij wordt elektriciteit omgezet in rotatie-energie door een zware rotor op hoge snelheid rond te draaien in een wrijvingsarme omgeving (vaak een vacuüm en magnetische lagering). Wanneer stroom nodig is, fungeert de rotor als generator en levert zijn kinetische energie terug aan het net. Vliegwielen kunnen enorme vermogens in zeer korte tijd leveren – ideaal voor toepassingen die een snelle impuls vragen (zoals spanningsstabilisatie). Ze kennen **bijna oneindig veel cycli** zonder noemenswaardige slijtage, omdat er geen chemische verandering is, enkel een mechanisch draaiend onderdeel. Sommige moderne vliegwielen draaien op tot 50.000 rpm met koolstofvezel rotors om meer energie per massa op te slaan. Toch blijft de totale opslagcapaciteit beperkt (typisch enkele kWh per vliegwiel), waardoor ze vooral nuttig zijn voor korte overbrugging (seconden tot minuten). Voorbeelden van gebruik: in het Verenigd Koninkrijk worden vliegwielen ingezet om frequentiefluctuaties in het net razendsnel op te vangen; ook in ziekenhuizen en datacenters bieden vliegwiel-UPS-systemen een paar minuten stroom tot noodgeneratoren overnemen. **Verwachting:** Vliegwielen zullen naar verwachting een _niche_ blijven vullen in het energiesysteem. Ze zijn _bijzonder betrouwbaar_ en duurzaam, maar door hun lage energiedichtheid (<5 Wh/kg typisch) zijn ze geen oplossing voor langdurige opslag. We schatten ~50% kans dat het gebruik van vliegwielen gestaag toeneemt in netstabilisatie en industrieel power quality management, maar ze zullen op systeemniveau een klein aandeel hebben in opgeslagen energie (eerder in MW-vermogen bij secondenreserve dan in MWh-hoeveelheden energie). Toch is hun rol complementair aan batterijen: waar ultrasnelle respons nodig is (millisecondengebied) zijn vliegwielen onverslaanbaar. In het komende decennium zien we mogelijk combinaties: hybridesystemen waar vliegwielen en batterijen samenwerken om zowel direct reactie te geven als langere duur te overbruggen. ## **Thermische Energieopslag (Warmtebatterijen)** Naast elektrische en mechanische opslag is er ook opslag in de vorm van **warmte**. Het idee is om elektriciteit om te zetten in thermische energie, die opgeslagen wordt, en later terug om te zetten of direct als warmte te gebruiken. Een bekend voorbeeld zijn _molten salt batteries_ in zonne-energiecentrales: geconcentreerde zonnestraling verhit een zoutmengsel (bijv. natrium/nitraat zout) tot ~550°C, opgeslagen in grote tanks. ’s Nachts kan dit hete zout warmte afgeven aan een stoomcyclus om alsnog elektriciteit op te wekken. Verschillende CSP (concentrated solar power) projecten in Spanje en de VS gebruiken dit om ~8 uur extra stroom te leveren na zonsondergang. De efficiëntie van warmte->stroom is gelimiteerd door de Carnot-begrenzing (max ~40-50%), maar het grote voordeel is de eenvoud en schaalbaarheid van warmte-opslag. Nieuwe “warmtebatterijen” zijn bijvoorbeeld systemen die elektriciteit gebruiken om materiaal te verhitten tot zeer hoge temperaturen en bij vraag via een warmte-krachtkoppeling weer stroom genereren. Een Zweeds experiment gebruikte _silicium_ in geïsoleerde vaten verwarmd tot ~1000°C als warmtebuffer; een Finse startup (Polar Night Energy) bouwde een “zandbatterij” waar elektrische verwarming droge zand tot ~500°C opwarmt, om later die warmte te gebruiken voor stadsverwarming in de winter. In Duitsland is geëxperimenteerd met **cementblokken** of **grafietblokken** die men elektrisch opwarmt en waar lucht langs wordt geblazen om warmte terug te winnen (bijv. het MGA Thermal systeem). Deze vormen van thermische opslag zijn goedkoop qua materiaal en kunnen enorme energiehoeveelheden seizoensmatig opslaan (warmte van de zomer vasthouden tot winter voor verwarming). Nadelig is dat het omzetten naar elektriciteit inefficiënt kan zijn; daarom wordt warmte-opslag vaak direct ingezet voor warmtevoorziening (wat wel efficiënt is). **Verwachting:** Thermische opslag zal vooral een rol spelen in de **warmtesector en industriële proceswarmte**, minder als allround elektriciteitsbuffer (tenzij gekoppeld aan turbines). We verwachten ~70% kans dat bijvoorbeeld warmte-opslagtanks bij zonneparken of elektrische boilers met grote warmtebuffers in 5-10 jaar meer gemeengoed worden, zeker om huizenblokken of kassen van nachtwarmte te voorzien. Voor het terugleveren als stroom zijn de kansen kleiner – misschien ~30% kans op grotere doorbraak, tenzij hoge-temperatuurwarmte met efficiënte turbines gecombineerd wordt. In nichetoepassingen (zoals een fabriek die goedkope nachtstroom in warmte opslaat voor overdag) zal het wel groeien. De **bijzonderheid** is dat deze oplossingen vaak zeer duurzaam en eenvoudig zijn (zand, zout, steen) en potentieel lange duur (dagen tot maanden) overbruggen, dus ze vullen een gat dat batterijen en vliegwielen niet adressen – maar het blijft een indirecte vorm van energieopslag. ## **Waterstofopslag en Power-to-X** Ten slotte is **waterstof** naar voren geschoven als een cruciale energiedrager voor lange termijn en grootschalige opslag. Met overschot aan groene stroom kan via elektrolyse water worden gesplitst in waterstof en zuurstof. De waterstof (H₂) kan opgeslagen worden – in tanks, pijpleidingen of zelfs ondergronds in zoutcavernes – en later weer gebruikt om energie te leveren, hetzij door verbranding in een turbine, hetzij via een brandstofcel die er rechtstreeks elektriciteit van maakt. Het ronde rendement van stroom→H₂→stroom is relatief laag (~30-40% momenteel), maar waterstof heeft een _enorme opslagcapaciteit_. In gasvorm in grote tanks of cavernes kan men praktisch onbeperkt energie opslaan, waar batterijen economisch onhaalbaar zouden zijn . Om een idee te geven: één enkele zoutcaverne gevuld met waterstof (500.000 m³) zou ca. **100 GWh** aan energie kunnen opslaan – genoeg om een hele stad dagen van stroom te voorzien, wat met batterijen miljarden zou kosten. Waterstofopslag is daarmee bij uitstek geschikt voor _seizoensopslag_ : overschotten van de zomer (zonne-energie) opslaan voor wintergebruik. Geen andere technologie biedt dit op vergelijkbare schaal. De uitdaging is de efficiëntie en infrastructuur. Elektrolysers kosten veel, maar schalen nu op dankzij investeringen (de EU en VS investeren miljarden in zgn. Hydrogen Hubs). Ook moet waterstof veilig en economisch opgeslagen en getransporteerd worden – het is een zeer licht en vluchtig gas. In plaats van waterstof direct opnieuw in stroom om te zetten, kan het ook worden gebruikt als _grondstof of brandstof_: bijvoorbeeld voor industriële processen (staalproductie op H₂ i.p.v. kolen), als brandstof voor vrachtwagens (via brandstofcellen) of omgezet in ammoniak, methanol e.d. (**Power-to-X**). Dit directe gebruik omzeilt deels de rendementsstap van terug-omzetting naar elektriciteit. Het groeiend inzicht is dat waterstof vooral dáár moet worden ingezet waar elektrificatie moeilijk is (industrie, zware mobiliteit) én als buffer voor lange termijn. In het energiesysteem van de toekomst zou waterstof de rol van aardgas kunnen overnemen als seizoensbuffer en piekcentrale. **Verwachting:** Waterstof als energie-opslag is op macroniveau waarschijnlijk **onmisbaar** voor volledige verduurzaming – het is “de enige algemeen beschikbare methode voor seizoenopslag” . De _bijzonderheid_ zit in de schaal: potentieel terawattuur-niveau opslag. We achten het ~80% zeker dat waterstof tegen 2035 een grote vlucht genomen heeft in opslagtoepassingen, ondersteund door de huidige beleidsinzet. Op kortere termijn (~5-10 jaar) verwachten we vooral demonstratieprojecten en nichegebruik: bv. eilanden die overschotzonnestroom in waterstof opslaan voor nooddieselvervanging, of gascentrales die bijgemengd waterstof verstoken op winderige dagen. Het is ~60% waarschijnlijk dat tegen 2030 de kostprijs van groene waterstof voldoende gedaald is om commercieel aantrekkelijk te zijn als seizoensopslag voor enkele voorlopers. Volumetoepassingen (zoals grootschalige H₂-cavernes) zitten nu al in de pijplijn (Duitsland, USA). Kortom, waterstof zal niet elk opslagprobleem oplossen – voor kortetermijnopslag blijven batterijen efficiënter – maar het vormt wel de hoeksteen voor langdurige energiezekerheid in een duurzame economie. ## **Conclusie** Zoals we hebben gezien, is er een rijk palet aan innovatieve batterij- en opslagtechnologieën in ontwikkeling. Geen enkele “silver bullet” zal alle uitdagingen alleen oplossen; waarschijnlijk krijgen we een mix van oplossingen op verschillende schaal en tijdsduur. **Batterijchemieën** als lithium-ion blijven verbeteren en nieuwe varianten (solid-state, Li-S, Na-ion) staan voor de deur om hogere prestaties en duurzaamheid te bieden. Tegelijk komen **alternatieve concepten** op: van metaal-lucht batterijen met ultrahoge energiedichtheid tot organische flow-batterijen met eindeloze levensduur, en van zwaartekracht- en waterstofopslag voor multi-dagen tot supercondensatoren en vliegwielen voor flitsen van vermogen. Deze ontwikkelingen zijn hoopgevend voor de mensheid: ze beloven een toekomst waarin we schone maar variabele energiebronnen betrouwbaar kunnen inzetten zonder afhankelijk te zijn van schaarse materialen of fossiele backup. De komende 5 tot 15 jaar zullen cruciaal zijn – veel van de genoemde doorbraken bevinden zich nu op de overgang van lab naar praktijk. Als zelfs een deel hiervan grootschalig slaagt, kunnen we het “opslagvraagstuk” van de energietransitie oplossen met betaalbare, schone en veilige technologie. De vooruitzichten zijn derhalve positief: de combinatie van wetenschappelijke vindingrijkheid en wereldwijde urgentie heeft een versnelling in batterij- en opslaginnovatie teweeggebracht die zijn weerga niet kent. We staan op de drempel van een nieuwe energie-era, gedragen door betere batterijen en slimme opslag. --- #### 🔗 https://www.sustainability-times.com/energy/europe-just-flipped-the-switch-worlds-biggest-sand-battery-goes-live-and-instantly-slashes-co2-emissions-by-70/ https://www.telegraaf.nl/lifestyle/1028377798/unieke-bewaarplaats-van-stroom-batterij-van-beton