Windturbines en zonnepanelen zijn geweldige manieren om groene energie te genereren. Maar wat als er geen wind is? Hoe leggen we een voorraad groene energie aan om door een bewolkte of windstille dag heen te komen? Hadi Hajibeygi is vastbesloten het antwoord te vinden op deze brandende vraag. Hij onderzoekt hoe we de ondergrond als batterij kunnen gebruiken voor het veilig opslaan en terugwinnen van waterstof.  

Huidige batterijen hebben niet de capaciteit om zelfs maar een fractie van de benodigde hoeveelheid groene energie op te slaan. Om een beeld te schetsen, er zouden acht miljard Tesla auto-batterijen nodig zijn om Nederland één jaar op groene energie te laten draaien. Vandaar de urgente roep om alternatieve opties voor groene energie opslag. Dit begint met het omzetten van wind- en zonne-energie in een groene brandstof zoals waterstof.

“Deze moleculen houden heel veel energie vast. Je hebt dan ook veel ruimte nodig om ze op te slaan,” zegt Hadi Hajibeygi, universitair hoofddocent aan de faculteit voor civiele techniek en geowetenschappen. “Dus waar ga je zoveel energie laten? Het antwoord is om de ondergronds beschikbare ruimte te gebruiken.” Om dit mogelijk te maken wil Hadi eerst kunnen voorspellen wat er gebeurt wanneer groene energie ondergronds wordt opgeslagen.

Voorspellen wat je niet kunt zien

“Stel je voor dat je in een donkere kamer op de tast je bril probeert te vinden. En het is ook nog eens een kamer waar je nooit eerder bent geweest.” Dit is hoe Hadi zijn onderzoek omschrijft. Toen Hadi een Vidi-beurs van NWO ging aanvragen wist hij precies wat hij wilde doen. Het resultaat is project ADMIRE, een gloednieuwe en ambitieuze onderzoeksgroep die werkt aan de veilige en efficiënte ondergrondse opslag van hernieuwbare energie. Het ultieme doel is om aan het einde van het vijfjarige project een testlocatie aan te wijzen in Nederland om veilig waterstof op te slaan. Dat is een uitdagende taak: het zou de eerste keer zijn dat dat gebeurt.

Hadi is gespecialiseerd in computationele geowetenschappen, wat gaat over het modelleren van het gedrag van de aarde, met name de aardkorst tot zo’n tien kilometer van het aardoppervlak. Met zijn team ontwikkelt hij nieuwe simulatiemethoden om het gedrag van ondergrondse reservoirs voor groene energie te kunnen voorspellen. En dat is precies wat hij leuk vindt. “Ik ben gefascineerd door het feit dat we door wetenschap dingen kunnen voorspellen die we niet eens kunnen zien.”

Hadi met drie belangrijke elementen voor zijn onderzoek: waterstof in een tank, een rock sample en de CT-scanner die de groep van Hadi niet gebruikt om in het menselijk lichaam maar in gesteente te kunnen kijken en dwarsdoorsnedes te maken. Die helpen te bepalen hoe in bepaalde aardlagen vloeistof stroomt en welke breuken er optreden.

Het lichtste molecuul op de planeet

Een optie voor de grootschalige opslag van groene brandstoffen is om het gas in zoutgrotten te plaatsen, deze grotten worden gemaakt door water in de zoutlaag van de aardkorst te injecteren. Een andere optie is om gebruik te maken van uitgeputte gasreservoirs. “Het voordeel is dat er al veel kennis is over deze gasvelden. Je weet dat het reservoir geen lekken heeft, aangezien het natuurlijke gas er eerder al vast zat, en dat er geen grote risico’s waren bij de gaswinning,” zegt Hadi.

Koolwaterstofgas wordt al op deze manier opgeslagen, maar vanwege de speciale eigenschappen van groene brandstoffen is er nog veel meer onderzoek nodig voordat het hierbij kan worden toegepast. “Waterstof is het lichtste molecuul op onze planeet. Het is veel mobieler dan elk ander gas en het lekt gemakkelijk weg. We moeten onderzoeken: als we waterstof ondergronds opslaan en weer terugwinnen - dus op een cyclische manier- zal dit veilig zijn en kunnen we het efficiënt terugwinnen?”

Simulatie modelleringstool

De grootste wetenschappelijke uitdagingen voor Hadi zijn het in kaart brengen van de ondergrond en het voorspellen van de effecten van groene energie opslag over een langere periode. “Om een reservoir en de omgeving in kaart te brengen gebruiken we sensortechnieken, zoals elektromagnetische en seismische metingen. Met deze gegevens willen we het gedrag van het systeem voorspellen als we continu waterstof erin stoppen en weer wegnemen gedurende meerdere jaren.”

Hiervoor draait Hadi’s team vele computersimulaties. Ze bepalen wat de gevoelige parameters zijn en hoe deze de veiligheid en efficiëntie van de opslaglocatie beïnvloeden. Ze doen onderzoek naar geologische eigenschappen, de impact van zwakheden in het gesteente en hoe de stabiliteit van de omgeving wordt beïnvloed. Het doel is om een simulatie modelleringstool te ontwikkelen die met de gegevens uit het veld kan voorspellen of een locatie geschikt is voor opslag. “Het grote voordeel van groene gassen is dat je kunt beslissen waar je het wilt opslaan, onshore of offshore. Als je weet wat de gevoelige zones zijn, kun je die simpelweg vermijden.”

Eén planeet aarde

Hadi is gemotiveerd om een impact te hebben op de grote uitdagingen waar onze samenleving mee wordt geconfronteerd. Zoals hoe de klimaatverandering tegen te gaan en toch te voorzien in de groeiende globale vraag naar energie. Hij is gepassioneerd over het inzetten van zijn tak van wetenschap, modelleren en simuleren, om de antwoorden te vinden. “Wetenschap is een kracht voor mij. Ik ben heel nieuwsgierig om erachter te komen hoe de natuur zich gedraagt, en om manieren te vinden om duurzaam samen te leven. We hebben maar één thuis, de planeet aarde, dus we kunnen daar maar beter achterkomen voor het te laat is!”

Huidige batterijen hebben niet de capaciteit om zelfs maar een fractie van de benodigde hoeveelheid groene energie op te slaan. Om een beeld te schetsen, er zouden acht miljard Tesla auto-batterijen nodig zijn om Nederland één jaar op groene energie te laten draaien. Vandaar de urgente roep om alternatieve opties voor groene energie opslag. Dit begint met het omzetten van wind- en zonne-energie in een groene brandstof zoals waterstof.

“Deze moleculen houden heel veel energie vast. Je hebt dan ook veel ruimte nodig om ze op te slaan,” zegt Hadi Hajibeygi, universitair hoofddocent aan de faculteit voor civiele techniek en geowetenschappen. “Dus waar ga je zoveel energie laten? Het antwoord is om de ondergronds beschikbare ruimte te gebruiken.” Om dit mogelijk te maken wil Hadi eerst kunnen voorspellen wat er gebeurt wanneer groene energie ondergronds wordt opgeslagen.

Voorspellen wat je niet kunt zien

“Stel je voor dat je in een donkere kamer op de tast je bril probeert te vinden. En het is ook nog eens een kamer waar je nooit eerder bent geweest.” Dit is hoe Hadi zijn onderzoek omschrijft. Toen Hadi een Vidi-beurs van NWO ging aanvragen wist hij precies wat hij wilde doen. Het resultaat is project ADMIRE, een gloednieuwe en ambitieuze onderzoeksgroep die werkt aan de veilige en efficiënte ondergrondse opslag van hernieuwbare energie. Het ultieme doel is om aan het einde van het vijfjarige project een testlocatie aan te wijzen in Nederland om veilig waterstof op te slaan. Dat is een uitdagende taak: het zou de eerste keer zijn dat dat gebeurt.

Hadi is gespecialiseerd in computationele geowetenschappen, wat gaat over het modelleren van het gedrag van de aarde, met name de aardkorst tot zo’n tien kilometer van het aardoppervlak. Met zijn team ontwikkelt hij nieuwe simulatiemethoden om het gedrag van ondergrondse reservoirs voor groene energie te kunnen voorspellen. En dat is precies wat hij leuk vindt. “Ik ben gefascineerd door het feit dat we door wetenschap dingen kunnen voorspellen die we niet eens kunnen zien.”

Hadi met drie belangrijke elementen voor zijn onderzoek: waterstof in een tank, een rock sample en de CT-scanner die de groep van Hadi niet gebruikt om in het menselijk lichaam maar in gesteente te kunnen kijken en dwarsdoorsnedes te maken. Die helpen te bepalen hoe in bepaalde aardlagen vloeistof stroomt en welke breuken er optreden.

Het lichtste molecuul op de planeet

Een optie voor de grootschalige opslag van groene brandstoffen is om het gas in zoutgrotten te plaatsen, deze grotten worden gemaakt door water in de zoutlaag van de aardkorst te injecteren. Een andere optie is om gebruik te maken van uitgeputte gasreservoirs. “Het voordeel is dat er al veel kennis is over deze gasvelden. Je weet dat het reservoir geen lekken heeft, aangezien het natuurlijke gas er eerder al vast zat, en dat er geen grote risico’s waren bij de gaswinning,” zegt Hadi.

Koolwaterstofgas wordt al op deze manier opgeslagen, maar vanwege de speciale eigenschappen van groene brandstoffen is er nog veel meer onderzoek nodig voordat het hierbij kan worden toegepast. “Waterstof is het lichtste molecuul op onze planeet. Het is veel mobieler dan elk ander gas en het lekt gemakkelijk weg. We moeten onderzoeken: als we waterstof ondergronds opslaan en weer terugwinnen - dus op een cyclische manier- zal dit veilig zijn en kunnen we het efficiënt terugwinnen?”

Simulatie modelleringstool

De grootste wetenschappelijke uitdagingen voor Hadi zijn het in kaart brengen van de ondergrond en het voorspellen van de effecten van groene energie opslag over een langere periode. “Om een reservoir en de omgeving in kaart te brengen gebruiken we sensortechnieken, zoals elektromagnetische en seismische metingen. Met deze gegevens willen we het gedrag van het systeem voorspellen als we continu waterstof erin stoppen en weer wegnemen gedurende meerdere jaren.”

Hiervoor draait Hadi’s team vele computersimulaties. Ze bepalen wat de gevoelige parameters zijn en hoe deze de veiligheid en efficiëntie van de opslaglocatie beïnvloeden. Ze doen onderzoek naar geologische eigenschappen, de impact van zwakheden in het gesteente en hoe de stabiliteit van de omgeving wordt beïnvloed. Het doel is om een simulatie modelleringstool te ontwikkelen die met de gegevens uit het veld kan voorspellen of een locatie geschikt is voor opslag. “Het grote voordeel van groene gassen is dat je kunt beslissen waar je het wilt opslaan, onshore of offshore. Als je weet wat de gevoelige zones zijn, kun je die simpelweg vermijden.”

Eén planeet aarde

Hadi is gemotiveerd om een impact te hebben op de grote uitdagingen waar onze samenleving mee wordt geconfronteerd. Zoals hoe de klimaatverandering tegen te gaan en toch te voorzien in de groeiende globale vraag naar energie. Hij is gepassioneerd over het inzetten van zijn tak van wetenschap, modelleren en simuleren, om de antwoorden te vinden. “Wetenschap is een kracht voor mij. Ik ben heel nieuwsgierig om erachter te komen hoe de natuur zich gedraagt, en om manieren te vinden om duurzaam samen te leven. We hebben maar één thuis, de planeet aarde, dus we kunnen daar maar beter achterkomen voor het te laat is!”