Nieuw Darcylab gaat werken aan verliesvrije warmtebatterij

Hoe ontstaat schade aan beton bij brand? Hoe verloopt betonrot precies? En hoe maken we een verliesvrije ‘warmtebatterij’ waardoor geen gas of elektriciteit meer nodig is om je huis te verwarmen? Dit soort vragen staat centraal bij het Darcylab van de TU/e, dat donderdag 6 februari officieel geopend wordt.

Om antwoord te krijgen, kijken de onderzoekers met geavanceerde ziekenhuisapparatuur hoe water en de erin opgeloste zouten zich verplaatsen in poreuze materialen.

Niet lang geleden brachten dagelijks nog tientallen patiënten kostbare minuutjes door in de MRI-scanner die nu in het Darcylab staat. Nu stoppen TU/e-onderzoekers er bouwmaterialen in, die ze voor onderzoek naar brandgedrag opstoken tot soms wel 600 graden Celsius. Ze bekijken daarbij het kookgedrag van water in bouwmaterialen. “Wij zijn de enigen ter wereld die dit doen”, vertelt onderzoeker dr.ir. Leo Pel van de TU/e-faculteit Technische Natuurkunde met een glimlach. “In een apparaat dat intern gekoeld is tot –72 graden Celsius.”

Relatie tussen vocht, zout en schade

Behalve een MRI-scanner heeft het Darcylab onder meer een NMR-scanner, en een CT-scanner. Pel: “Op een MRI-scan kunnen we de verplaatsing van vocht en ionen (de in het water opgeloste zouten, red) zien. Met de CT-scanner zien we de dichtheid van het materiaal, en daarmee dus of er schade is. Door die combinatie kun je de relatie zien tussen vocht, zout en schade. Zo kunnen we bijvoorbeeld chlorides meten in beton. Dat is normaal bijna niet te meten. Chloride meten is belangrijk, want als het bij wapeningsstaal komt, ontstaat roest, en dus betonrot. Hier kunnen we zien hoe dat precies verloopt.”

Warmtebatterij

De hoofdfocus van het Darcylab zal echter verschuiven naar de ontwikkeling van betere materialen voor energieopslag. Er zijn tal van manieren om duurzaam energie op te wekken, maar het schort nog aan goede opslagmiddelen zodat de energie op elk moment beschikbaar is. Wat onderzoeker Pel betreft, is de ontwikkeling van een verliesvrije warmtebatterij op basis van zouthydratatie het ultieme doel. Een eerste promovendus werkt daar nu aan, en er komen naar verwachting binnenkort tien bij.

Zeecontainers

Bij de hydratatie van zout vormen water en erin opgelost zout samen een kristalrooster. Doordat de atomen in dit rooster vaster op hun plek komen te zitten, komt er bij dit proces warmte vrij. En andersom: voor het losweken van dit rooster, is warmte nodig. Met dit mechanisme kan in principe zeer effectief warmte opgeslagen worden. Zonder het verlies dat zou optreden als je gewoon water verwarmt als warmtopslag – dat koelt namelijk langzaam af. Bovendien is een veel grotere energiedichtheid mogelijk. “Als je een huis de hele winter wil verwarmen, heb je ongeveer zes zeecontainers warm water nodig. Met een warmtebatterij maar een derde container, dus bijna twintig keer zo weinig. We zoeken naar materialen die goedkoop zijn, én een hoge energiedichtheid hebben”, vertelt onderzoeker Pel. Een deel van de uitdaging zit in het vergaren van nauwkeurige kennis van de hydratatie- en dehydratatieprocessen, zodat ze in principe eindeloos herhaalbaar worden. Het Darcylab heeft daar precies de apparatuur voor.

Afgeschreven

Die apparatuur is voor een belangrijk deel afkomstig uit ziekenhuizen, waar de economische levensduur ervan verstreken is. Daardoor kunnen de Eindhovense onderzoekers de apparaten voor een zeer gering gedrag verkrijgen. Pel: “Door de ziekenhuizen zijn ze afgeschreven, maar voor ons zijn ze ideaal, want ze zijn technisch nog perfect. Nieuw zouden ze voor ons onbetaalbaar zijn.”

Levensgrote afbeeldingen

Het Darcylab is het afgelopen jaar gebouwd in het bestaande TU/e-labgebouw Gemini-Noord. Het nieuwe lab heeft vele speciale voorzieningen waaronder duizenden kilo’s loden beplating ter afscherming van de CT-scanner. Verder is het lab licht van kleur, heeft veel glas, en levensgrote afbeeldingen van beroemde wetenschappers en hun werk.

De naam Darcylab verwijst naar de Franse ingenieur Henry Darcy (1803–1858) die bekend is door zijn Wet van Darcy. Die beschrijft de stroming van grondwater – water in een poreus materiaal.

bron: Technische Universiteit Eindhoven