Is Energy Vault het nieuwe Theranos? Van gelikte graphics, grote beloften en hongerige investeerders naar een verlies van beurswaarde van ruim anderhalf miljard en een aangespannen rechtszaak wegens fraude en misleiding.

Energy Vault is een bedrijf gericht op energieopslag met behulp van zwaartekracht. Wanneer er een piek is in aanbod van (duurzame) energie, wordt gewicht omhoog gehesen. Wanneer er juist een grotere vraag is dan aanbod dan kan het gewicht weer omlaag gelaten worden waarbij weer energie wordt opgewekt. Vergelijkbaar met het laten draaien van een fietswiel langs een dynamo. 

In theorie kan de energie zo voor eeuwig worden opgeslagen. Anders dan bijvoorbeeld energie opgeslagen in warmte of batterijen. In praktijk is de opslag vooral bedoeld voor de mismatch tussen vraag en aanbod van duurzame energie. Denk bijvoorbeeld aan de opslag van energie van een groot zonnepark dat niet altijd direct kan worden gebruikt of worden teruggeleverd aan het net. De hoeveelheid energie is in theorie onbeperkt omdat het systeem schaalbaar is zoals medeoprichter en CEO van Energy Vault, Robert Piconi, uitlegt in een interview met CNBC:

“Tot honderden megawatt, zelf meervoudige gigawatts. Het is schaalbaar en afhankelijk van wat de klant wilt. Allemaal aangestuurd door kunstmatige intelligentie en computer gestuurde EMS.”

Piconi wijst er ook op dat het systeem duurzaam gebouwd is met lokale, goedkope materialen die in sommige gevallen anders op de vuilnisbelt geëindigd zouden zijn.

Opslag met zwaartekracht
Energie opslaan gebruik makend van zwaartekracht is niet nieuw. Het wordt al gedaan met behulp van waterreservoirs op verschillende hoogte. Bij een piek in aanbod van energie wordt het water naar het hogere reservoir gepompt. Bij een hogere vraag kan het vervolgens met behulp van zwaartekracht terugstromen naar het lagere reservoir. Daarbij wordt het langs een turbine geleid die elektriciteit opwekt. 

Het nadeel van dit waterkracht-systeem zijn de kosten van aanleg, maar ook de geografische vereisten. Het kan immers alleen worden uitgevoerd op plaatsen waar twee waterreservoirs op verschillende hoogten gerealiseerd kunnen worden. Het kan dus niet overal worden uitgevoerd. Een voordeel is de prijs van water (vergeleken bijvoorbeeld met beton) en het feit dat water niet ‘kapot’ kan zoals beton door het te verplaatsen.

Ontwerp Energy Vault
Het eerste ontwerp voor Energy Vault was een enorme toren met vijf of zes kranen erop. De kranen tilden grote gewichten op en stapelden deze op in een blokkentoren rondom de centrale toren met kranen. 

Dit ontwerp werd niet heel positief ontvangen door critici. Een argument was dat de blokken onderin de stapel nul energie bevatten. Belangrijker nog: denk aan tonnen wegende blokken bengelend aan meerdere kranen, die tot grote hoogte op elkaar gestapeld moeten worden in de wind met marge van millimeters. Over de veiligheid werden dan ook terecht de nodige vragen gesteld. 

Een van de voorgestelde bronnen van duurzame energie is windenergie, maar dat lijkt in de praktijk niet handig. De ideale windkracht voor windturbines is namelijk de maximale windkracht voor kranen, zo’n 10 meter per seconde. De situatie waarin de turbines flink draaien, maar er niet kan worden gestapeld wegens de wind, kan dus al snel voorkomen. 

Eerste prototype
Een eerste werkend prototype was een stuk minder complex. In 2019 was dit een enkele kraan die met water of zand gevulde vaten op een toren stapelde. 

Een tweede prototype werd drie jaar later in opdracht van Tata Power gebouwd in Zwitserland, maar dit betrof alleen de centrale toren zonder de betonnen blokken. Vergelijkbaar met zonnepanelen tentoongesteld in een kelder. Ook was de toren slechts 65 meter hoog in plaats van de geplande 130 meter. 

Begin 2022 waren er beelden te zien van de toren met enkele blokken opgestapeld tot slechts vier hoog. De kranen werden hierbij handmatig bediend. Bovendien was er een tweede man nodig om te controleren of de betonnen blokken op de juiste plek gezet werden. Een heel ander verhaal dan een ‘zeer intelligent systeem dat de blokken automatisch en tot op de centimeter nauwkeurig plaatst’. Zo’n intelligent systeem zou het overigens steeds moeilijker krijgen wanneer meer en meer blokken steeds minder blokvormig worden. Iedere verplaatsing kan immers zorgen voor afgebrokkelde stukken beton. 

De presentatie waarin wordt gesteld dat de blokken kunnen worden gekleurd als individuele pixels die zo afbeeldingen in de toren kunnen vormen, lijkt dan ook volledige fantasie.

Een kleine berekening:
Energy Vault belooft met twee betonnen blokken 8 megawatt aan energie op te kunnen slaan. 

De hoeveelheid energie die kan worden opgeslagen per betonnen blok kan worden berekend met de formule:

E = M  x V x H

Waarbij geldt: E = Energie, M = Massa (van de blokken), V = acceleratie (vallen door zwaartekracht) en H = Hoogte. 

De blokken wegen 35 ton. Om de zwaartekracht volledig te benutten, moet worden uitgegaan van een valsnelheid van zo’n 10 meter per seconde. De blokken op de beelden lijken ongeveer 4 meter hoog te zijn. De hoogste blokken (de 4e ‘etage’) staan daarmee 12 meter hoog. Daarmee komt men uit op:

35.000 X 10 X 12 = 4.200.000 joule. Ongeveer de hoeveelheid energie om twee liter water te koken. En dat is dus al het blok dat de meeste energie bevat vanwege de hoge positie. 

Dat is een heleboel moeite voor zeer weinig opgeslagen energie. Een 65 meter hoge toren met drie kranen met zo’n 40 betonnen blokken die in totaal goed is voor een hoeveelheid energie waarmee een elektrische auto ongeveer van Purmerend naar Amsterdam rijdt. 

Overigens was de locatie ook niet bepaald slim gekozen. Energieopslag met zwaartekracht door waterreservoirs op verschillende hoogtes is veel goedkoper. Zo’n toren zou je dus alleen bouwen wanneer het niet mogelijk is zulke reservoirs aan te leggen. De laatste plaats waar je dat zou doen, is in de bergen. Laat dat nu precies de plek zijn waar dit prototype geplaatst is. 

Nieuw prototype
Energy Vault is vervolgens van het concept afgestapt. Een nieuwe prototype lijkt op een magazijn met de omvang van een voetbalstadium: het Energy Vault Resilience Center (EVRC). In dit ‘magazijn’ zijn honderden horizontaal en verticaal bewegende liften die blokken van 30 ton verplaatsen. 

Dit systeem zou modulair werken en makkelijk uit te breiden zijn door meerdere magazijn-modules aan elkaar te koppelen. In theorie zou zo’n opslag de grootte van een kleine stad aan kunnen nemen. 

Voorlopig bevindt dit project zich echter nog in de concept-fase, waar het naar alle waarschijnlijkheid ook zal blijven. Gezien het opstapelen tot een toren al complex bleek, lijkt dit helemaal verre toekomstmuziek. Dure muziek gezien er een mega gebouw van de grond moet komen dat blokken van meer dan 30 ton geheel automatisch kan verplaatsen. 

Waarom geen water?
Ook het nieuwe concept werpt meteen de vraag op: “Waarom niet met water?”. Al is het maar omdat de nieuwe, zeer gelikte beelden, het EVRC tonen aan de voet van een bergketen. Er had dus ook water omhoog de bergen in gepompt kunnen worden. Water dat niet met een dure en onderhoudsgevoelig transport systeem verplaatst hoeft te worden, maar simpelweg met een pomp omhoog wordt gestuurd en zelf zijn ruimte vindt.

CO2
Terugkomend op de uitspraak van CEO Piconi dat Energy Vault ‘duurzaam gebouwd is met lokale, goedkope materialen die in sommige gevallen anders op de vuilnisbelt geëindigd zouden zijn’: het grootste component van Energy Vault wordt gevormd door beton. Goedkoop, noch duurzaam.

Een ander voordeel van water als energiedrager in plaats van beton is het verschil in effect op CO2 emissies. De productie van een ton beton kan ook een ton aan CO2-emissie betekenen. Die hoeveelheid CO2 zou vervolgens gerechtvaardigd moeten worden door de totale hoeveelheid energie die opgeslagen wordt met de betonnen blokken. 

De oorspronkelijk Energy Vault zou na veertig jaar, dag en nacht draaiend en presterend volgens de eigen verwachtingen, nog steeds een slechtere verhouding hebben tussen vrijgekomen energie en CO2 dan het verbranden van kolen. En dan wordt zelfs nog uitgegaan van 100 procent efficiëntie. In praktijk zal een deel van de energie verloren gaan aan onder andere wrijving en warmte, onderhoud en slijtage.