Thermo-akoestische warmtepompen: technologie, ontwikkeling en toepassingen in woningbouw en industrie

Published by Redactie on september 29, 2025 | Category warmtepomp

Inleiding

De transitie naar duurzame energie en het verminderen van CO₂-uitstoot worden steeds relevanter binnen de woningbouw en de industrie. Een van de innovatieve technologieën die opkomt in dit proces is de thermo-akoestische warmtepomp. Deze warmtepomp maakt gebruik van geluidsgolven en thermische energie om warmte te verplaatsen, zonder gebruik te maken van traditionele koelvloeistoffen. In Nederland wordt deze technologie verder ontwikkeld door onder meer het Energieonderzoek Centrum Nederland (ECN), TNO en andere innovatieve bedrijven.

In dit artikel wordt ingegaan op de werking van thermo-akoestische warmtepompen, de huidige ontwikkelingen binnen het land, toepassingen in zowel woningbouw als industriële contexten, en de toekomstige perspectieven voor deze technologie. Aan de hand van projecten van Blue Heart Energy, SoundEnergy, en ECN wordt een overzicht gegeven van de huidige toepassingen en uitdagingen.

Wat is een thermo-akoestische warmtepomp?

Een thermo-akoestische warmtepomp is een warmtepomp die op basis van thermo-akoestische principes werkt. Deze technologie maakt gebruik van geluidsgolven om warmte te verplaatsen, zonder gebruik van bewegende delen zoals compressoren of pompen. In plaats daarvan wordt thermische energie omgezet in akoestische energie (geluid), die vervolgens gebruikt wordt om warmte te verplaatsen.

De kern van deze technologie is een gesloten systeem met een gasvolumevat, waarin warmte wordt toegevoegd. Hierdoor ontstaat een drukverschil, vergelijkbaar met een uitgezette ballon. Dit drukverschil genereert akoestische trillingen, die op hun beurt worden gebruikt om warmte van de ene plek naar de andere te verplaatsen.

De thermo-akoestische warmtepomp is een veelbelovende technologie, omdat het geen vluchtige koelvloeistoffen gebruikt, geen bewegende delen bevat die slijten, en het principe eenvoudig is. Bovendien kan het efficiënt werken met restwarmte en is het minder afhankelijk van externe energiebronnen.

Ontwikkeling in Nederland

Nederland is een vooraanstaande speler in de ontwikkeling van thermo-akoestische warmtepompen, met name dankzij het werk van ECN (Energieonderzoek Centrum Nederland), TNO en andere innovatieve bedrijven. Deze organisaties hebben zich gespecialiseerd in het onderzoek naar thermo-akoestische technologieën, met een sterke focus op industriële toepassingen.

Blue Heart Energy

Een van de jongere bedrijven die zich op deze technologie richten, is Blue Heart Energy (BHE). BHE is een nieuw opgericht bedrijf dat ontwikkeld is door Teamwork Technology, ECN, en Michiel Hartman (MM Hartman Holding). ECN is in dit geval de kennisdraagster op het gebied van thermo-akoestische technologieën, met een sterke focus op industriële toepassingen. De technologie en kennis tot 100 kW vermogen is gelicentieerd aan Blue Heart Energy, wat hen in staat stelt om het concept te verdere ontwikkelen voor toepassing in de woningbouw en andere markten.

In de startfase richt BHE zich op onderzoek (R&D) en het bouwen van het eerste prototype. De volgende stap is het ontwerp voor massa-productie. Een haalbaarheidsonderzoek wordt uitgevoerd om de markt in kaart te brengen, stakeholders te benaderen, en een business model op te stellen. Hierbij wordt ook een SWOT-analyse uitgevoerd en worden verkenningen gedaan naar financieringsmogelijkheden. Het resultaat van deze studie is een businessplan dat geschikt is voor het opkrijgen van financiering, waardoor de ontwikkeling van een thermo-akoestische warmtepomp die geschikt is voor massa-productie, kan starten.

SoundEnergy en THEAC-25

Een ander bedrijf dat thermo-akoestische technologie op de markt brengt, is SoundEnergy. Het bedrijf heeft inmiddels een commercieel product gelanceerd: de THEAC-25, een thermo-akoestische warmtepomp met een koelvermogen van 25 kW. Deze warmtepomp maakt gebruik van restwarmte om koelvermogen te genereren, wat het ideaal maakt voor industriële toepassingen.

De THEAC-25 werkt met een systeem van cilinders die elkaar versterken, waardoor een feedbackloop ontstaat. Hierbij wordt restwarmte gebruikt om het systeem op gang te brengen, waarna akoestische energie wordt gebruikt om koude te produceren. Hoewel er wel wat pompjes en elektrische apparatuur nodig zijn om het proces op gang te houden, is de energieconsumptie van deze onderdelen beperkt vergeleken met de voordelen van het gebruik van restwarmte.

De THEAC-25 is geschikt voor situaties waar restwarmte beschikbaar is en koeling nodig is. Ideaal is een restwarmtebron van ongeveer 180 graden Celsius, wat het gewenste temperatuurverschil (ΔT) oplevert met een buitentemperatuur van ongeveer 25 graden Celsius. De warmtepomp werkt ook bij kleinere temperatuurverschillen, maar de efficiëntie neemt toe naarmate het temperatuurverschil groter is.

Toepassingen in de woningbouw

Hoewel de thermo-akoestische warmtepomp in de industriële sector al op gang is gekomen, is er ook aandacht voor toepassingen in de woningbouw. Blue Heart Energy richt zich in het begin op de woningbouwmarkt, met name op bestaande woningen. Het doel is om een warmtepomp te ontwikkelen die geschikt is voor zowel individuele woningen als appartementenblokken.

De voordelen van deze technologie voor woningbouw zijn aantrekkelijk. Aangezien er geen bewegende delen zijn en er geen gebruik wordt gemaakt van vluchtige koelvloeistoffen, is de thermo-akoestische warmtepomp robuust en langdurig. Bovendien is het principe eenvoudig en kan het worden geïntegreerd in bestaande systemen zonder grote omstructurering.

Een belangrijk aspect is de efficiëntie van de warmtepomp. In vergelijking met traditionele warmtepompen en CV-ketels is de thermo-akoestische warmtepomp in staat om warmte en koeling aan te leveren op een duurzame manier. Hierbij kan gebruik worden gemaakt van zowel binnen- als buitenwarmte, waardoor het systeem goed aansluit bij energieneutrale of positieve woningen.

Toepassingen in de industrie

De industrie is een van de meest voor de hand liggende toepassingsgebieden voor thermo-akoestische warmtepompen. Hier is vaak sprake van beschikbare restwarmte die niet wordt benut, wat een ideale situatie is voor deze technologie. De THEAC-25 van SoundEnergy is een goed voorbeeld van een thermo-akoestische warmtepomp die al in gebruik is in de industrie.

Koeling met restwarmte

Een van de grootste voordelen van thermo-akoestische warmtepompen in de industrie is het gebruik van restwarmte voor koeling. In veel industriële processen ontstaat warmte die niet wordt benut of die slechts voor gedeelte wordt gebruikt. Door deze restwarmte te gebruiken voor het opwekken van koeling, kan het energieverbruik worden verminderd en worden energieverliezen verkleind.

De THEAC-25 is in staat om 25 kW aan koelvermogen te genereren, volledig op basis van restwarmte. Hierbij is het systeem erg tolerant voor temperatuurfluctuaties en werkt het continu, wat het ideaal maakt voor industriële omgevingen waar constante koeling nodig is.

Efficiëntie en temperatuurverschillen

De efficiëntie van thermo-akoestische warmtepompen in de industrie hangt sterk af van het temperatuurverschil (ΔT) tussen de restwarmte en de gewenste koeltemperatuur. Hoe groter het temperatuurverschil, hoe efficiënter de warmtepomp werkt. In de meeste industriële toepassingen is dit temperatuurverschil aanzienlijk, waardoor de efficiëntie van de THEAC-25 hoog is.

Daarnaast is het systeem erg eenvoudig en kan het worden geïntegreerd in bestaande industriële installaties. Hierdoor is de implementatiekosten lager dan bij traditionele koelsystemen en is het systeem gemakkelijker te onderhouden.

Toekomstperspectieven en uitdagingen

Ontwikkeling voor massa-productie

Hoewel de thermo-akoestische warmtepomp al op een aantal markten aanwezig is, zoals in de industriële sector, is de ontwikkeling voor massa-productie nog in een vroege fase. Blue Heart Energy is op dit moment bezig met het ontwikkelen van een warmtepomp die geschikt is voor grootschalige productie, met name voor de woningbouwmarkt.

De haalbaarheidsonderzoek die wordt uitgevoerd, richt zich op het in kaart brengen van de markt, het ontwikkelen van een businessmodel, het uitvoeren van een SWOT-analyse en het zoeken naar financieringsmogelijkheden. Het resultaat van deze studie is een businessplan dat geschikt is voor het opkrijgen van financiering, wat essentieel is voor de verdere ontwikkeling van de warmtepomp.

Technologische uitdagingen

Hoewel de thermo-akoestische warmtepomp veelbelovend is, zijn er ook een aantal uitdagingen die moeten worden aangepakt. Een van de belangrijkste is de complexiteit van het ontwerp, dat nog moet worden geoptimaliseerd voor grootschalige productie. Daarnaast is het systeem afhankelijk van bepaalde temperatuurverschillen, wat betekent dat het niet overal even efficiënt werkt.

Een andere uitdaging is de kostprijs. Aangezien het een relatief nieuwe technologie is, zijn de productiekosten nog hoger dan bij traditionele warmtepompen. Met verdere ontwikkeling en grootschalige productie kan deze kostprijs echter verder dalen, waardoor thermo-akoestische warmtepompen breder toepasbaar worden.

Duurzaamheid en CO₂-reductie

Een van de grootste voordelen van thermo-akoestische warmtepompen is hun bijdrage aan duurzaamheid en CO₂-reductie. Door gebruik te maken van restwarmte en geen vluchtige koelvloeistoffen, zorgen deze warmtepompen voor een lage CO₂-uitstoot. Bovendien is het systeem energiezuinig en kan het worden geïntegreerd in bestaande systemen zonder grote aanpassingen.

In de context van de energietransitie is dit een belangrijke factor. Met name in de woningbouw en de industrie is er een hoge druk om CO₂-uitstoot te verminderen, en thermo-akoestische warmtepompen kunnen daar een belangrijke rol in spelen.

Conclusie

Thermo-akoestische warmtepompen zijn een innovatieve technologie die zich goed ontwikkelt in Nederland. Bedrijven zoals Blue Heart Energy en SoundEnergy brengen deze warmtepompen op de markt, met name voor industriële toepassingen. De technologie maakt gebruik van restwarmte om koeling en warmte te genereren, zonder gebruik van vluchtige koelvloeistoffen of bewegende delen. Hierdoor is het robuust, energiezuinig en duurzaam.

De ontwikkeling van deze warmtepompen is nog in een vroege fase, met name voor grootschalige productie. Het haalbaarheidsonderzoek en de verdere R&D zijn essentieel voor de toekomstige toepassing in zowel woningbouw als industriële contexten. Hoewel er nog uitdagingen zijn, zoals de kostprijs en het optimaliseren van het ontwerp, is de potentie van thermo-akoestische warmtepompen groot.

Met de steeds stijgende druk op duurzame oplossingen, kunnen thermo-akoestische warmtepompen een belangrijke rol spelen in de energietransitie. Zowel in de woningbouw als in de industrie biedt deze technologie een veelbelovende toekomst.