Supergeleidende hybride energie-overdracht- en opslagsysteem en de verwachte impact op een duurzame energietoekomst

Waarom dit energie-idee van belang is

Naarmate een groter deel van onze elektriciteit uit wind- en zonne-energie komt, wordt het aanhouden van betrouwbare stroomvoorziening ingewikkelder. Zon en wind vallen niet altijd samen met wanneer en waar mensen energie nodig hebben, en de huidige hoogspanningslijnen en opslagsystemen zijn niet ontworpen voor deze nieuwe realiteit. Dit artikel onderzoekt een gedurfd voorstel om enorme hoeveelheden schone energie te verplaatsen en op te slaan met één geavanceerde leiding die zowel elektriciteit als vloeibare waterstof transporteert, met als doel landen te helpen richting een volledig hernieuwbare, koolstofarme toekomst te bewegen.

De uitdaging van vandaag voor schone energie

China, zoals veel grote landen, heeft uitgestrekte gebieden met veel wind- en zonne-energie die ver van de grote steden liggen waar het meeste vermogen wordt gebruikt. Reële gegevens van alle 31 vastelandprovincies over de eerste helft van 2024 tonen een duidelijke mismatch: sommige provincies, zoals Neimenggu en Yunnan, wekken veel meer elektriciteit op dan ze verbruiken, terwijl kust- en industriële regio’s zoals Jiangsu, Zhejiang en Guangdong sterk afhankelijk zijn van ingevoerde stroom. Nu China van plan is de wind- en zonne-opwekking tot 2060 tot wel zes keer te vergroten en het gebruik van fossiele brandstoffen scherp te verminderen, zullen deze verschillen waarschijnlijk toenemen. Traditionele langeafstandsverbindingen kunnen helpen, maar verliezen energie onderweg en stuiten op kosten-, grondgebruik- en planningsbeperkingen.

Een nieuw soort energie-snelweg

De onderzoekers stellen een “hybride-energiesysteem” voor, gebouwd rond supergeleidende kabels die gekoeld worden door vloeibare waterstof. Supergeleiders kunnen elektriciteit vrijwel zonder weerstand vervoeren, terwijl vloeibare waterstof zowel als energiedrager en als koelmiddel kan dienen om de kabel koud te houden. In dit ontwerp voorziet overtollige wind- en zonne-elektriciteit eerst woningen en bedrijven. Extra stroom wordt vervolgens gebruikt om water te splitsen en waterstof te produceren, die tot vloeibare vorm wordt gekoeld en door dezelfde ondergrondse leiding wordt gepompt waarin de supergeleidende kabel ligt. In feite wordt de leiding een energie-snelweg die elektriciteit en opgeslagen waterstof samen van energie-rijke regio’s naar verre vraagcentra vervoert.

Een praktijkproef op een eiland

Om te zien hoe dit in de praktijk zou werken, modelleerde het team een casestudy op Chongming-eiland bij Shanghai, een kustgebied met sterke wind- en zonnebronnen. Ze ontwierpen een ring van energieknooppunten die verbonden zijn door hybride-energieleidingen, elk 10 kilometer uit elkaar en uitgerust met koelstations. In de gesimuleerde dag levert de wind stroom tijdens de vroege en late uren, domineert zon rond het middaguur, en houdt het gecombineerde systeem een constante 42 megawatt aan lokale levering in stand. Overtollige elektriciteit wordt omgezet in meer dan 13.000 kilogram vloeibare waterstof, die de supergeleidende kabels koelt en fungeert als een grote energieopslag die later kan worden aangesproken wanneer de wind wegvalt of de zon ondergaat.

Capaciteit, verliezen en kosten

Technische analyse toont aan dat een enkele supergeleidende kabel in deze opstelling tot 100 megawatt kan transporteren, ongeveer twee keer de capaciteit van een vergelijkbare conventionele lijn, terwijl de doorvoer van vloeibare waterstof meerdere keren de basishoeveelheid kan bereiken door de pijpgrootte en stroomsnelheid bescheiden aan te passen. Bij bescheiden vermogensniveaus en afstanden rond 100 kilometer hebben traditionele hoogspanningslijnen nog steeds lagere energieverliezen en goedkopere initiële kosten. Echter, naarmate de capaciteit opschaalt naar honderden megawatts, wordt de vrijwel verliesvrije kabel aantrekkelijker: voor een 500 megawatt-verbinding zijn de verliezen van de hybrideleiding minder dan de helft van die van standaardkabels. Wanneer de onderzoekers de kosten voor het bouwen en exploiteren van elektrolysers, pijpen, tankers en onderstations meerekenen, wordt het hybride systeem na verloop van tijd concurrerend voor zeer grote, langlopende projecten, vooral als de apparatuurprijzen zoals verwacht dalen.

De energiekloof tussen regio’s verkleinen

Op nationaal niveau projecteren de auteurs China’s elektriciteitssysteem in 2060 onder twee scenario’s: één met een grotendeels conventioneel net en een ander waarin hybride-energieleidingen breed worden ingezet. In het conventionele geval, zelfs met 80 procent elektriciteit uit hernieuwbare bronnen, hebben veel kustprovincies nog steeds grote tekorten en zijn ze afhankelijk van import, terwijl binnenlandse provincies moeite hebben hun overtollige schone stroom te exporteren. In het hybride scenario maken de sterkere, flexibeler transmissie en het gebruik van overtollige elektriciteit om waterstof te produceren het mogelijk dat het systeem ongeveer twee keer zoveel hernieuwbare stroom opneemt en bijna vijf keer zoveel waterstof. Dit netwerk kan tekorten nabij grote steden verlichten, de afhankelijkheid van fossiele brandstoffen verminderen en het land dichterbij brengen om in de volledige elektriciteitsvraag met hernieuwbare bronnen te voorzien.

Wat dit betekent voor een schonere toekomst

De studie concludeert dat supergeleidende hybride-energieleidingen op een dag de huidige stroomlijnen en brandstoftransport kunnen aanvullen of gedeeltelijk vervangen, en een manier bieden om grote hoeveelheden schone energie efficiënt over lange afstanden te verplaatsen terwijl ze die ook als waterstof opslaan. De aanpak is niet klaar voor directe uitrol: ze staat voor uitdagingen op het gebied van veiligheid, cryogene techniek, langdurige betrouwbaarheid en initiële kosten. Toch, als technologieën voor vloeibare waterstof en supergeleidende kabels blijven voortschrijden, kunnen systemen zoals hier voorgesteld een belangrijk hulpmiddel worden om ongelijk verdeelde wind- en zonnebronnen te balanceren en een toekomstig energiesysteem te ondersteunen dat bijna volledig op hernieuwbare energie draait.

Bronvermelding: Chen, X., Chen, Y., Jiang, S. et al. Superconducting hybrid energy transmission and storage system and its projected impact on a sustainable energy future. Commun. Sustain. 1, 77 (2026). https://doi.org/10.1038/s44458-026-00077-z

Trefwoorden: hernieuwbare energie, vloeibare waterstof, supergeleidende kabels, energieopslag, langeafstandsvervoer