Veiligheid van gesmolten zoutbatterijen

Samenvatting

De energietransitie vraagt om betrouwbare systemen voor energieopslag. Gesmolten zoutbatterijen zijn een technologie die al langere tijd bestaat en die wordt toegepast in onder meer telecomback-upsystemen. Door de toenemende behoefte aan duurzame en veilige stationaire energieopslag krijgt deze technologie hernieuwde aandacht. Doelstelling van deze studie is om inzicht te krijgen in de werking en veiligheid van batterijen op basis van gesmolten zout.

In Nederland zijn twee categorieën gesmolten zoutbatterijen beschikbaar: gesmolten zoutbatterijen voor elektriciteitsopslag (elektrochemische energieopslag) en warmtebatterijen op basis van gesmolten zout voor thermische energieopslag. Beide categorieën maken gebruik van gesmolten (vloeibaar) zout, maar verschillen in functie en toepassing.

Thermische gesmolten zoutbatterijen

De thermische gesmolten zoutbatterijen zijn warmtebatterijen op basis van gesmolten zout, waarbij sprake is van thermische energieopslag. In deze systemen wordt gesmolten zout gebruikt als warmteopslagmedium vanwege de hoge warmtecapaciteit en het vermogen om warmte langdurig vast te houden. Toepassingen van deze categorie zijn onder meer nucleaire hybride energiesystemen en industriële warmtebatterijen voor de opslag en levering van proceswarmte of opgewekte warmte uit duurzame energiebronnen.

Andersoortige risico’s

Gesmolten zoutbatterijen brengen andersoortige risico’s met zich mee dan lithium-ion batterijen. De risico’s hangen vooral samen met de hoge bedrijfstemperaturen. Gevaren ontstaan wanneer constructiematerialen falen door thermische spanningen of corrosie, waardoor zeer heet gesmolten zout kan weglekken. Contact van dit zout met water kan een plotselinge thermische schok veroorzaken: het zout koelt abrupt af, stolt en spat enkele meters weg. Deze hete zoutdeeltjes kunnen bij blootstelling leiden tot letsel bij personen of schade aan de omgeving. Ook blootstelling aan lekkend gesmolten zout kan letsel veroorzaken. Bij elektrochemische natrium-zwavel gesmolten zoutbatterijen geldt aanvullend een brandrisico door de aanwezigheid van zwavel; natrium-nikkelchloride gesmolten zoutbatterijen (onder meer SMC of ZEBRA-batterijen) kennen dit risico niet. Verder is grootschalige rook- of gasvorming bij incidenten met gesmolten zoutbatterijen niet te verwachten.

Aandachtspunten voor incidentbestrijders

Het is belangrijk dat incidentbestrijders zich ervan bewust zijn dat bij batterijen op basis van gesmolten zout een hoge inwendige temperatuur normaal is. Afhankelijk van het type gesmolten zoutbatterij reiken temperaturen tot circa 350  °C à 500  °C. Dergelijke hoge temperaturen duiden bij lithium-ion batterijen juist op een thermal runaway, die wordt bestreden met koelwater. Wanneer incidentbestrijders hiermee niet bekend zijn, kunnen
warmtebeeldmetingen worden geïnterpreteerd als een afwijkende of escalerende situatie.

Deze onjuiste interpretatie kan risico’s met zich meebrengen, omdat bij contact tussen heet gesmolten zout en (koel)water een thermische schok kan optreden. Om deze reden achten de onderzoekers het van belang dat incidentbestrijders bekend zijn met dit verschijnsel en de interpretatie van temperatuurmetingen bij dit type batterij.

Wanneer zich incidenten voordoen met gesmolten zoutbatterijen, dient de incidentbestrijding zich te focussen op het beheersen van hoge temperaturen en het voorkomen van verdere lekkage van gesmolten zout naar de omgeving. Het uitschakelen van het energieopslagsysteem, zodat het zout kan afkoelen en stollen, lijkt hierbij in de meeste gevallen de veiligste strategie.