IJs handel geschiedenis
In de late jaren van de 19de eeuw was ijshandel een revolutionair middel. IJs kon niet zelf gemaakt worden en werd daarom uit bevroren vijvers of beken gesneden. Met een netwerk van schepen, treinen of ijswagens werd het ijs getransporteerd, soms zelfs naar tropische eilanden. Met het ijs bleef vlees, groente en fruit langer goed, ook groeide de visindustrie significant.
In Noorwegen exporteerde ze een 910 miljoen kg aan ijs elk jaar. Deze handel stortte in na de uitvinding van de koelkast, lees warmtepomp, die de noodzaak voor natuurlijke ijswinning elimineerde.
In ijshandel is er gehandeld in (koude) energie. IJs was simpelweg een opslagmedium. Een historische vorm van energie handel dus.
Energierijke fasovergang
Trillingen en rotaties van moleculen ervaren wij als temperatuur. Hoe meer trillingen hoe warmer het object. In een vaste fase zoals ijs hebben deze moleculen minder trillingen, en zijn ze gebonden in een kristalstructuur. De kristalstructuur van IJs is heel sterk, en het vraagt veel energie om de moleculen van elkaar los te maken (smelten), waarna ijs weer in water over gaat.
Faseovergangen zijn energierijke fenomenen. Faseovergangen doen zich voor als een materiaal voldoende afkoelt of opwarmt. Deze gebeuren bij een constante temperatuur, dit komt doordat warmte-energie niet gebruikt wordt om op te warmen of af te koelen, maar om een nieuwe ordening (structuur) aan te brengen. Bijvoorbeeld een kristalstructuur uit water bij bevriezing. Zodra de aantrekkingskracht tussen de watermoleculen overwonnen wordt door de energie (warmte), vind er een faseovergang plaats. Deze toegevoegde energie verhoogt de trillingen en rotaties van de watermoleculen, wat resulteert in de verandering van fase van vast naar vloeibaar.
Smelt energie
Trendy termen voor materialen die energie op slaan in faseovergangen zijn Phase Change Materials (PCM’s). PCM’s kunnen van alles zijn: zouten, metalen maar dus ook water. In de faseovergang wordt de warmte-energie opgeslagen, die later weer gebruikt wordt.
Bij het smelten van ijs komt veel energie vrij. Deze faseovergang heeft een enthalpie (dH) van +6,01 [KJ/mol]. Voor het smelten van 1 [m3] ijs komt er 83,5 [kwh] vrij. Dit is dezelfde hoeveelheid energie om om één kubieke meter water te verwarmen van 0 tot 75 graden Celsius.
Warmte capaciteit
De warmte die in een materiaal kan opgeslagen wordt warmtecapaciteit genoemd. In ijs kan per kubieke meter 1847 [KJ/K] worden opgeslagen. Na het smelten kan het water in de ijs accu ook nog energie opnemen, er hoeft door de koelinstallatie dan niet terug gekoeld te worden van warme buitenlucht, maar vanaf watertemperatuur. Het water kan er ook energie worden opgeslagen dit komt neer op 4186 [KJ/m3 K].
Thermische weerstand
IJs heeft een hoge thermische weerstand . Dat betekent dat ijs niet makkelijk warmte doorlaat. De thermische geleiding is een eigenschap van het materiaal. De berekening voor de thermische weerstand wordt hieronder weergegeven.
Doordat ijs een hoge thermische weestand heeft kan het goed gebruikt worden voor het opslaan van energie voor middellange periodes.
De ijsaccu is gebaseerd op faseovergang en is daardoor volledig herbruikbaar. Na het ontdooien kan hetzelfde water gebruikt worden om weer ijs te maken tijdens het bevriezen. Hierdoor is het veilig en milieu vriendelijk .
Onze ijsaccu ontlaad doormiddel van conductie en convectie. De koude van het ijs wordt door conductie overgedragen aan een polyethyleen buisje. Aan de binnenzijde van het buisje vloeit de werkvloeistof. Polyethyleen is een robuuste, maar flexibele kunststof, bekend om zijn volledig recyclebare eigenschappen. De warmteoverdracht tussen ijs en polyethyleen kan beschreven worden met de Wet van Fourier.
Polyethyleen
Hierin in is [W/m2] de koude stroom die van het ijs naar de polyethyleen buisje stroomt. Op zijn beurt geeft polyethyleen ook weer koude af aan de werkvloeistof die in uw proces gebruikt kan worden, bijvoorbeeld om lucht te koelen wat uw product koelt. Dit gebeurt door geforceerde convectie, die newton heeft beschreven in de afkoelingswet.
De ijsaccu vergelijken
De energie van de ijsaccu kan worden vergeleken met een elektrische accu, maar het is tegelijkertijd ook een scheve vergelijking.
De efficiëntie om elektrische energie om te zetten naar warmte-energie ligt erg hoog. De sCOP is 3 tot 4. Dat betekent dat 1 kWh elektrisch gelijkstaat aan ongeveer 3 kWh thermisch vermogen. Dit heeft nadelige gevolgen voor opslag in warmte of koude batterijen aangezien zij energie opslaan in warmte en koude, en dus 3 tot 4 keer meer thermische energie moeten op slaan voor vergelijkbare elektrische energie opslag.
Daartegen over staan enorme voordelen, zoals goedkoop opslagmedium (water), en nagenoeg geen degradatie van de batterij. Hiermee wordt energieopslag daadwerkelijk duurzaam en betaalbaar.
Een lithiumbatterij (Li-ion batterij) heeft daarentegen grote degradatie problemen. Deze problemen komen door het ontladen en opladen van de batterij. Door de chemische reacties zoals oxidatie (ontladen) en reductie (opladen) reacties slijten de anode en kathode. Door deze reacties slijt de batterij en zou er op lange termijn kortsluiting kunnen komen in batterij. Ook is lithium super reactief met water en ontvlambaar. De ijsaccu heeft deze problemen niet.
Informeer vooral naar de mogelijkheden rondom duurzame energie opslag, neem direct contact op met De Korne