Is dit de airco killer?

Deze machine uit Enschede verandert warmte in kou via geluid

Volkskrant, 22/3/2019, George van Hal

De start-up SoundEnergy in Enschede heeft een apparaat ontwikkeld dat gebouwen kan koelen via geluidsgolven – zonder ook maar het kleinste beetje stroom te verbruiken. ‘Sinds dat artikel in Forbes zijn we het bedrijf dat de planeet gaat redden.’

Wie de straat in Enschede inloopt waar start-up SoundEnergy huist, komt terecht op een typisch Nederlands bedrijventerrein vol lage gebouwen, muren van golfplaat en uniform grijze kiezelsteentjes. Niet bepaald de omgeving die je je voorstelt bij een bedrijf waarover het Amerikaanse zakenblad Forbes dit jaar nog schreef dat het ‘zomaar eens de planeet zou kunnen redden’.

SoundEnergy bracht een apparaat op de markt dat fabriekshallen, brouwerijen, bakkerijen, gebouwen en grote schepen kan koelen op basis van niets anders dan warmte. Het bedrijf spiegelt klanten een toekomst voor waarin koeling geen stekker behoeft. Technologie voor een steeds verder geïndustrialiseerde wereld, waarin de vraag naar kou alsmaar stijgt.

‘Volgens een berekening van het Internationaal Energie Agentschap besteden we nu al wereldwijd 10 procent van onze elektriciteit aan airconditioning’, zegt Herbert Berkhout, directeur van SoundEnergy. In 2050 zal die bijdrage zelfs ruim driemaal hoger zijn. ‘Dat moet beter kunnen, vinden wij. Onze technologie is honderd procent duurzaam: we gebruiken geen schadelijke koelvloeistoffen, we verbruiken geen elektriciteit en we stoten geen CO2 uit.’

Hier in Enschede, in een loods die oogt als een garage, moet de nieuwe energierevolutie beginnen. Een werkneemster voert de laatste technische checks uit op een koelmachine die al is verkocht. ‘Deze verschepen we volgende week naar een klant in Mali’, zegt Berkhout.

De machine in kwestie is de zogeheten THEAC-25, een ovaalvormig apparaat dat bestaat uit vier glimmende cilinders die onderling verbonden zijn door een dikke witte buis. Het geheel is grofweg zo groot als een bescheiden personenauto en weegt een slordige 800 kilogram. De cilinders zijn behangen met slangen waardoor koude en warme vloeistoffen stromen.

Hou je oor bij de buis en je hoort hem trillen, maar verder is het apparaat verrassend stil. Hier geen ratelende pompen en piepende zuigers die het koelproces op gang moeten helpen, zoals bij traditionele warmtepompen. In de THEAC-25 zit geen enkel bewegend onderdeel. ‘Mensen zijn daar altijd enorm verbaasd over. Ze vertrouwen het soms zelfs niet helemaal. Totdat ze zien dat het gewoon werkt’, zegt Berkhout, terwijl hij naar een rechthoekige doos loopt waaruit koude lucht stroomt. ‘Ongeveer de helft van de warmte-energie die je in dit apparaat stopt, haal je er als koeling weer uit.’

Beeld de Volkskrant infographics

THEAC-25 is het geesteskind van Kees de Blok, een onderzoeker die 28 jaar bij KPN Research werkte en ondertussen sleutelde aan een radicaal nieuwe technologie: een manier om warmte, via geluid, in kou te veranderen. ‘In 2000 zei ik mijn baan bij KPN op en begon ik voor mezelf’, zegt De Blok. ‘Vanaf toen ging ik fulltime met dit ontwerp aan de slag.’ Vijftien jaar later volgde de voorlopige bekroning, toen hij met Berkhout en Pawel Owczarek SoundEnergy oprichtte, dat zijn ontwerpen aan de man moet brengen.

Die ontwerpen zijn gebaseerd op een wetenschapstak die in vakkringen thermo-akoestiek heet, een interdisciplinair vakgebied waarin kennis uit werktuigbouwkunde, akoestiek en thermodynamica (warmteleer) samenkomen. ‘Ik denk dat maar een paar dozijn mensen op de wereld écht begrijpt hoe ons apparaat werkt’, zegt Berkhout. Niet omdat het apparaat zo ingewikkeld is, maar vanwege die ongebruikelijke mengvorm van disciplines.

‘Mensen vragen weleens: als die machine van je zo handig is, waarom hebben we hem dan niet tweehonderd jaar geleden al bedacht?’, zegt De Blok. ‘En dat is de reden: thermo-akoestiek zit precies op de grens van allerlei vakgebieden, waardoor te weinig mensen de expertise in huis hebben om dit soort apparaten te ontwikkelen.’ Natuurlijk, benadrukt hij, zijn er wel onderzoekers die aan universiteiten in dit onderzoeksgebied werken. ‘Maar zij denken toch vaak te klein en te theoretisch om deze ideeën ook echt om te zetten in een verkoopbaar product. Daarom zijn wij nu de eersten.’

THEAC-25, zo benadrukt De Blok, is geen energiebron. ‘Het is een conversietechnologie. Het apparaat zet de ene vorm van energie om in de andere’, zegt hij. ‘Het is in essentie niets anders dan allerlei thermodynamische kringprocessen die we al honderden jaren kennen en die worden toegepast in bijvoorbeeld warmtepompen.’

Dat bevestigt energietechnologie-expert Bendiks Jan Boersma (TU Delft), zelf niet bij het bedrijf betrokken. ‘Dit is in essentie een klassiek concept, dat aantoonbaar werkt’, zegt hij. ‘Het is een heel mooi systeem.’

Het belangrijkste verschil is dat de zuigers van traditionele machines vervangen zijn door de beweging van geluid. Koelen met geluidsgolven klinkt misschien magisch, maar de THEAC-25 is geen toverapparaat, benadrukt De Blok. ‘De energiebalans klopt. Je krijgt niet zomaar iets voor niets.’

Een apparaat van SoundEnergy. Beeld Niels Blekemolen

Zijn energie haalt het apparaat, tegenstrijdig genoeg, uit warmte. Dat kan de zon zijn die op het dak valt en daar buizen met vloeistof opwarmt, maar ook de restwarmte uit een bakkersoven of de warmte die vrijkomt bij industriële processen. ‘Die warmte zetten we om in akoestische energie’, zegt De Blok. In geluid, dus.

In het binnenste van de THEAC-25 zwiept dat geluid met soms wel 100 kilometer per uur door de buis. De golf ontstaat in het apparaat dankzij temperatuurverschillen tussen warmtewisselaars in de cilinders. Omdat warme gassen uitzetten en koude gassen krimpen en omdat geluid niets anders is dan een drukgolf in een gas, kun je een handige truc uithalen. Door het gas in de buis van een koude naar een warme omgeving te laten stromen, zodat de boel eerst krimpt en dan weer uitzet, ontstaat een pompend effect die de golf elke keer een zetje geeft. Van de vier cilinders van de THEAC-25 doen er twee dienst als zo’n geluidsgolfversterker. Is de afstand tussen die cilinders precies goed, dan kan de golf zichzelf in stand houden. Het akoestisch vermogen van de golf neemt daardoor steeds verder toe, zoals wanneer je een microfoon bij een speaker houdt en plots een harde pieptoon hoort.

Om met de energie in die geluidsgolf vervolgens ook te kunnen koelen, heb je de twee andere cilinders nodig, waar zich in essentie het omgekeerde proces afspeelt. Daar dempt men de golf, onttrekt akoestische energie en zet dat om in kou.

Met die elementen componeert de machine een symfonie van temperatuursveranderingen en drukgolven die net zo nauw luistert als wanneer een orkest een complex muziekstuk speelt. Wanneer de golf ergens wordt samengeperst, warmt deze de omgeving op. Net als wanneer je lucht bij een fietspomp door een smal tuitje perst en deze daarna loeiheet blijkt. Dijt de golf uit, dan gebeurt het omgekeerde en wordt er juist warmte uit de omgeving opgenomen. Combineer dat principe met buizen vloeistof op verschillende temperaturen – in gescheiden circuits – en een materiaal dat warmte tijdelijk kan opslaan, en je krijgt een koelmachine. ‘Wanneer je de timing van krimpen en uitzetten goed afstemt op de rest, kun je het koude circuit steeds opnieuw koelen’, zegt De Blok. ‘Maar dat luistert nauw. Als je er ook maar een beetje naast zit, werkt het meteen niet meer.’

De belofte van De Bloks machine bleek groot. Na de oprichting volgden tonnen aan financiering en start-upawards elkaar bij SoundEnergy op hoog tempo op. De eerste vier klanten dienden zich al snel aan. Toch begon het pas écht storm te lopen nadat het bedrijf dit jaar een plekje had bemachtigd op de CES in Las Vegas, de grootste technologiebeurs ter wereld. Een journalist van zakenblad Forbes bleek onder de indruk en schreef erover. ‘Sindsdien zijn we het bedrijf dat de planeet gaat redden’, zegt Berkhout lachend. ‘Vier man zijn nu elke dag e-mails met vragen aan het beantwoorden. Het formulier voor meer informatie over een eventuele aanschaf is al vierhonderd keer ingevuld.’

De volkomen schone, schuldgevoelvrije koeling die het bedrijf aanbiedt, spreekt dan ook tot de verbeelding. Toch verkopen Berkhout en collega’s hun apparaat meestal niet op duurzame overwegingen. ‘Het blijkt dat de energiebesparing die THEAC-25 oplevert niet de belangrijkste beweegreden is voor bedrijven om er eentje aan te schaffen’, zegt Berkhout. ‘Men vindt het veel interessanter dat onze machine geen bewegende onderdelen bevat, waardoor hij extreem betrouwbaar is en minder onderhoud nodig heeft.’

In bepaalde bedrijfstakken – grootschalige bakkerijen, sommige fabrieken – leidt een kapotte koeling meteen tot een flinke strop, zegt Berkhout. Een fabriekshal kan zo warm worden dat werknemers er niet meer mogen werken, of dat voedsel moet worden vernietigd.

Emeritus hoogleraar Theo van der Meer (Universiteit Twente) noemt THEAC-25 een apparaat met veel potentie. Van der Meer is niet verbonden aan SoundEnergy, al begeleidt hij wel een promovendus die één dag per week in loondienst van het bedrijf is. ‘Die onderzoekt hoe je het apparaat zo kunt aanpassen dat het stroom opwekt in plaats van kou’, zegt Van der Meer. ‘Ik ben daardoor goed op de hoogte van wat er daar speelt.’

Van der Meer heeft ook een achtergrond in thermo-akoestiek. ‘Een jaar of drie, vier geleden organiseerde ik hier in Enschede een conferentie voor iedereen uit het vakgebied. Men riep allemaal dat er eindelijk eens een product op de markt moest komen. Dat is nu gelukt’, zegt hij.

Toch moeten we ook weer niet te hard van stapel lopen, waarschuwt hij. ‘Dat Forbes roept dat SoundEnergy de planeet wel even gaat redden is wel erg voorbarig’, zegt hij. Zo is de machine nog te groot voor de consumentenmarkt. ‘Dit werkt alleen in een industriële setting’, zegt Van der Meer. ‘Als je hem zo klein en compact kunt maken dat hij de airco in huizen kan vervangen, dan heb je het pas écht over een spannende toepassing. Zo’n verkleiningsslag is een enorme technische uitdaging.’

Ook De Blok erkent dat het systeem de airco’s in huizen of auto’s voorlopig niet zal vervangen. ‘Bij een airco steek je de stekker erin en geeft hij exact de temperatuur die je wilt hebben. Ons systeem schaalt met de aangeleverde temperatuur’, zegt hij.

De Blok denkt echter dat niemand op termijn nog om dit soort technologie heen kan. ‘De huidige koelsystemen gebruiken fossiele brandstoffen, in feite zonne-energie die miljoenen jaren geleden is opgeslagen in de vorm van olie of gas. Onze machine zet warmte die nú wordt opgewekt direct om in koeling. Dat lijkt me veel verstandiger.’

Verwacht voorlopig geen miljarden THEAC-25’s die samen de opwarming van de planeet te lijf gaan. Een bescheiden hoeveelheid fabriekshallen koelen op korte termijn moet wel lukken. De complete planeet redden zit er daarom nog niet in, zegt ook De Blok. ‘Maar toch… toen onderzoekers nog geen tachtig jaar geleden de eerste transistors bouwden, kon niemand bevroeden dat die technologie zou leiden tot een computerrevolutie die de wereld volkomen heeft veranderd’, zegt hij. ‘Ook onze technologie kan op grote schaal worden toegepast. Wie weet waar het dan eindigt.’

Herbert Berkhout van Sound Energy. Beeld Niels Blekemolen