Aquathermie: het ontbrekende puzzelstuk in de energietransitie?

In de zoektocht naar duurzame(re) energie, blijft één bron onderbenut die nochtans alomtegenwoordig is: water. Het Belgische bedrijf Extraqt wil met aquathermie de energietransitie in een stroomversnelling zetten.

Tegen 2050 wil de Europese Unie volledig afstappen van fossiele brandstoffen voor het verwarmen en koelen van gebouwen. Om deze doelstelling te halen, moet het gebruik van hernieuwbare energie jaarlijks met meer dan een procent stijgen. De weg is echter nog lang: slechts acht procent van de energie die in België gebruikt wordt om gebouwen te verwarmen, waar bijna de helft van het totale energieverbruik in de EU naartoe gaat, is met duurzame methoden opgewekt.  

Nieuwe technieken zijn in opmars om de energietransitie te forceren. Eén daarvan is aquathermie, het opwekken van warmte uit (oppervlakte)water. Extraqt, een start-up uit Leuven, is op Europees niveau een voortrekker in het onderzoek naar het potentieel van water als duurzame warmtebron. We spreken met Jan Denayer, die het bedrijf in 2021 oprichtte na het afronden van een postgraduaat aan de KU Leuven, samen met zijn studiegenoot Sebastian Baes en thesispromotor Stijn De Jonge. Denayer is één van de eerste mensen die we ontmoeten die met trots zegt dat hij het warm water opnieuw uitvindt.

Lucht, land en water

“Iedereen kijkt naar luchtwarmtepompen als mogelijke oplossing voor duurzame energie, maar daarmee werk je eigenlijk tegen de natuur in”, zegt Denayer. “Water heeft een grotere capaciteit om warmte vast te houden en los te laten dan lucht. Kijk maar naar zeeën en oceanen: in de winter zijn die warmer dan de buitenlucht en in de zomer net koeler”.

Aquathermie probeert die warmte uit het wateroppervlak te trekken om gebouwen die aan een waterbron staan te verwarmen. Het water wordt opgezogen en gefilterd, waarna een warmtewisselaar de thermische warmte doorsluist naar het aangesloten warmtenet. Het gekoelde water wordt vervolgens teruggegeven aan de bron. Een belangrijk onderscheid bestaat tussen aquathermie en riothermie, dat warmte opwekt uit gezuiverd rioleringswater, waarbij aquathermie het grootste potentieel toont. “De natuur zal altijd moeite doen om de temperatuur zelf te regelen. Water aan de oppervlakte herstelt zich sneller dan wat onder de oppervlakte zit”, geeft Denayer ons een snelle les natuurkunde.

Volgens Denayer is aquathermie niet de enige oplossing, maar kan het wel een belangrijk stuk van de energiepuzzel worden. De techniek is ook compatibel met andere methoden van duurzame energiewinning, zoals geothermie, het onttrekken van warmte uit de bodem. “Onderzoek in geothermie staat al jaren verder en toont zich op dit moment nog net iets efficiënter. Maar omdat water zo alomtegenwoordig is, zeker in steden, geloof ik dat aquathermie op termijn veel schaalbaarder is”.

Geven en nemen

Aan water inderdaad geen gebrek in België. Ongeveer vier op tien Vlamingen woont in de nabijheid van een rivier en door quasi elke Belgische stad stroomt water. De helft van de globale wereldbevolking woont op minstens drie kilometer van water, negentig procent op minstens tien kilometer. Je kan je afvragen waarom we het potentieel van water als warmtebron nu pas aan het ontdekken zijn.  

Dat komt omdat niet iedere waterbron per definitie geschikt is voor aquathermie. Er zijn heel wat zaken die je grondig moet onderzoeken alvorens een installatie te kunnen opzetten, benadrukt Denayer. “Alles begint natuurlijk met de afstand tussen het gebouw en het water. Is die te groot, dan valt je business case meteen in duigen. Maar ook de kwaliteit, diepte en debiet van het water zijn belangrijke criteria. Je wil de waterbron niet omvormen tot een blok ijs. Zout water vereist bijvoorbeeld dan weer aangepaste materialen en dat zal je installatie duurder maken”.

Daarnaast mogen aquathermische installaties de directe omgeving niet aantasten, haalt Denayer een cruciaal punt aan. “Rivieren zijn publieke gegevens, je moet water onttrekken uit een publieke bron voor privédoeleinden. De exacte impact van aquathermie is moeilijk te bepalen omdat water een dynamisch ecosysteem is. We proberen installaties zoveel mogelijk op het land te plaatsen om obstructie in het water minimaal te houden. Maar het teruglozen van kouder water zal altijd wel een kleine impact hebben op de omgeving”. Huidige Vlaamse milieurichtlijnen bepalen dat teruggeloosd water de temperatuur van de bron met niet meer dan 3°C mag doen dalen: bijkomend onderzoek om deze thermische limieten te onderbouwen is volop aan de gang.

In België mogen we de voorbije maanden dan wel getrakteerd zijn op veel regen, de klimaatverandering en toenemende droogte wereldwijd is wel een aandachtspunt voor Denayer. “Door de klimaatopwarming nemen waterlichamen toe in temperatuur en aquathermische koeling doet dit proces nog versnellen. Dit proberen we in België en Nederland echt wel te vermijden door aquathermie vooral in te zetten voor verwarming. Dit maakt ons ook minder gevoelig voor droogtes. Hybride installaties zijn echter interessanter omdat je dan in de zomer, op momenten dat er voldoende water is, warm water aan heel hoge temperatuur en efficiëntie in de bodem kan stockeren.

3D-atlas

Extraqt stapt naar overheden om het beleid warm te maken (pun intended) voor de mogelijkheden van aquathermie. Het bedrijf ontwikkelt modellen die het thermische potentieel van waterbronnen visueel in kaart brengen. “We maken een digitale kopie van de waterbron, of een digital twin om het met een buzzwoord te zeggen. Van daaruit proberen we het beste scenario op te stellen en dat vervolgens ook uit te voeren in de praktijk. Dit doen we op verschillende niveaus, van specifieke projecten tot studies op regionaal en provinciaal niveau.”

Vorig jaar realiseerde Extraqt bijvoorbeeld masterplanstudies in opdracht van de stad Brugge en het provinciebestuur van Oost-Vlaanderen. Denayer: “Hiervoor hebben we een ‘digitale atlas’ gemaakt van alle waterlopen om een beeld te krijgen van het beschikbare water en de debieten. Dat geeft niet alleen informatie over hoeveel warmte er uit die bronnen kan getrokken worden, maar ook over hoe een correcte verdeelsleutel te bepalen zodat het geen ‘first-come-first-served’-principe is.” Op internationaal niveau vertegenwoordigt Extraqt ons land in het WaterWarmth-project (zie kader) en AquaCom.

“Maar we werken evengoed ook op projectniveau”, gaat Denayer verder. “Dan maken we een model voor een specifieke locatie waar de klant zijn installatie wil plaatsen. Zo simuleren we in 3D hoe de installatie interageert met het water: waar komt de ‘koudepluim’ terecht en hoe beïnvloedt die de kwaliteit van het water? Om een vergunning te krijgen, is het vaak van belang om te kunnen inzoomen op de eerste meters”.

Strijd tegen de gaspomp

Het blijft niet bij alleen plannen maken voor Extraqt: er lopen ook al concrete praktijktesten in onder andere Leuven en Westerlo. Die leveren interessante resultaten op, al blijft voor Denayer en zijn collega’s nog een beetje strijden tegen de publieke perceptie. “We merken toch dat nog niet iedereen mee is met het concept van een waterpomp. Gas blijft vaak de referentie om de terugverdientijd aan te toetsen. Dat willen we er heel graag uitkrijgen”.

“Maar we moeten ons wel bewust zijn dat aquathermie een ‘downtime’ kan hebben bij open installaties op riveren en kanalen. Bij vriestemperaturen zoals nu is het water ook veel kouder en dat kan de wisselaar doen bevriezen. Op lange termijn geloven we dat je tot negentig procent van de energiebehoeften van gebouwen kan dekken met aquathermie, maar een back-up blijft nodig voor wanneer aquathermische energie niet voor handen is. Dat geldt zeker voor oude gebouwen die veel hogere aanvoertemperaturen nodig hebben”, vult hij aan.

Denayer besluit ter herhaling dat aquathermie dan ook een deel van de oplossing is. “Rivieren kronkelen als natuurlijke warmtebronnen door onze steden. We moeten het toepassen daar waar het relevant is. Maar dit is slechts een deel van de puzzel. Willen we volledig zonder fossiele brandstoffen kunnen, zullen we alle mogelijk bronnen van duurzame energie nodig hebben”. De energietransitie is inderdaad een complexe puzzel met veel stukken. Maakt aquathermie zijn potentieel waar, dan zou het wel eens het ontbrekende puzzelstukje kunnen zijn.

WaterWarmth

WaterWarmth is een internationaal onderzoeksproject waar 21 organisaties uit de zes Noordzeelanden (België, Nederland, Frankrijk, Duitsland, Denemarken, Zweden) aan deelnemen. Extraqt is één van de zes Belgische vertegenwoordigers. Het doel is om know-how over aquathermische technologieën uit te wisselen met lokale energiegemeenschappen en pilootprojecten op te zetten.

Voor Denayer heeft het project ‘onschatbare waarde’ om aquathermie verder uit te bouwen in Europa. “We zitten in een nog jonge sector die nood heeft aan goede praktijkvoorbeelden. Internationale samenwerking voorkomt dat het ene land dit zegt en het andere land dat. Zo krijgen we een holistisch beeld op de beschikbare technieken en spreekt iedereen die ermee bezig is ook dezelfde taal.”

Meer informatie vind je op deze website.