Fotonica helpt de energietransitie te versnellen
Tijdens Pioneers in Energy laten we drie pioniers in de energietransitie aan het woord. In deze aflevering vertellen Mark Cremer en Paul van Wijk hoe ze bij PhotonFirst fotonicatechnologie inzetten om de energietransitie te versnellen.
De introductie van nieuwe technologieën brengt risico’s met zich mee. Zo ook voor batterijen. Neem bijvoorbeeld de enorme Tesla batterij van dertien ton die tijdens een test in Australië vlam vatte. Of de enorme brand op het vrachtschip Felicity Ace. Het vuur was moeilijk onder controle te krijgen omdat er zoveel elektrische auto’s aan boord waren.
In de meeste elektrische auto’s zitten lithium-ion-batterijen. Deze kunnen in brand vliegen als gevolg van een kettingreactie bij het opladen en ontladen. “Dat kan gebeuren wanneer de veiligheidssystemen niet naar behoren werken. De levensduur en veiligheid van lithium-ion-batterijen zijn cruciaal bij de energietransitie. Je wilt zoveel mogelijk uit een batterij halen, én kunnen garanderen dat een batterij of batterijpack veilig is”, aldus Paul van Wijk, commercieel directeur bij PhotonFirst.
Veilige en optimale batterijen
Met de oplossingen die het fotonicabedrijf uit Alkmaar en Brainport Eindhoven biedt, kunnen die veiligheidssystemen van lithium-ion-batterijen verder geoptimaliseerd worden. Daarvoor worden glasvezels met geïntegreerde fotonica gebruikt. Fotonica is een technologie die zich bezig houdt met de wisselwerking tussen licht (fotonen) en elektronen. De fotonen worden gebruikt om informatie te genereren, verwerken en verzenden. PhotonFirst gebruikt die technologie door licht de glasvezel in te sturen, en vervolgens op te vangen met sensoren die als een spiegeltje het licht weerkaatsen. Vervolgens komt het licht weer terug en wordt de verandering tussen het uitgestuurde en terugontvangen licht vertaald naar een meetwaarde, zoals temperatuur, rek, druk of verbinding. Dit gebeurt met behulp van fotonische chips.
Systemen met geïntegreerde fotonica verbruiken heel weinig energie en er kunnen hele nauwkeurige metingen mee gedaan worden. Zo kan PhotonFirst in een glasvezel zo dun als een haar honderden sensoren plaatsen. Door zo’n vezel in een batterijpack te integreren en het gedrag daarvan te meten, komt er heel veel data beschikbaar over de staat van een batterij.
Honderden sensoren
Ter illustratie: in een lithium-ion-batterij van een elektrische auto zijn nu hoogstens twee of drie elektrische sensoren geïntegreerd. “Je weet dus maar van twee of drie plekken hoe warm de batterij ongeveer is. In onze glasvezels zitten honderden sensoren. Je kunt dus op veel meer punten meten”, legt Mark Cremer, marketing manager bij PhotonFirst, uit. Bovendien zijn elektronische sensoren gevoeliger voor invloeden van buitenaf dan fotonische sensoren.
De fotonicatechnologie van het bedrijf moet er ook voor zorgen dat een batterij optimaal gebruikt wordt. Van Wijk: “Als je een elektrische auto structureel tot tachtig procent oplaadt in plaats van tot honderd, verbetert de levensduur. Met onze fibers kan ook dat veel beter gecontroleerd worden. Onze technologie kan helpen om het maximale uit die batterijen halen.”
Data is onmisbaar
De toepassing van deze meetoplossingen gaat veel verder dan alleen de lithium-ion-batterijen van elektrische auto’s. Zo kan het systeem ook oververhitting in vliegtuigen detecteren. Of de staat en het gebruik van bestaande infrastructuur, zoals gebouwen en bruggen, vaststellen. “Data is tegenwoordig de sleutel, in welk segment dan ook. Bedrijven willen weten hoe een systeem zich gedraagt, hoe dagelijkse veiligheid wordt gegarandeerd en wat ze van het systeem kunnen verwachten in de toekomst.”
De meetsystemen van PhotonFirst bieden bijvoorbeeld ook voor windturbines uitkomst. In die sector wordt veel data verzameld om energieopbrengsten te optimaliseren. Zo kan via sensoren de optimale stand van de bladen ten opzichte van de wind bepaald worden. “Wanneer in een turbineblad veel vervorming gemeten wordt, kan er vroegtijdig ingegrepen worden. Je voorkomt op die manier dat een turbine stil komt te staan. Zo dragen we bij aan een hogere opbrengst van duurzame energie en een langere levensduur van de turbines”, aldus Van Wijk.
‘We weten dat de markt er is’
Het hoofdkantoor staat in Alkmaar, maar sinds vorig jaar is het bedrijf ook te vinden op de Eindhovense High Tech Campus. Van Wijk: “Het hart van het geïntegreerde fotonicaecosysteem, met PhotonDelta als coördinator, zit in de Brainportregio.”
“Je kunt het niet alleen doen”, vult Cremer aan. Fotonica is relatief nieuw in de markten waar wij ons op richten, dus we moeten optrekken met andere bedrijven om de technologie naar een nieuw level te tillen.”
De missie van het bedrijf is duidelijk: wereldwijd de innovatieleider worden als het gaat om meetsystemen van geïntegreerde fotonica. De grootste uitdaging bij het halen van dat doel, ligt volgens Van Wijk bij de industrialisatie van de technologie. “Tussen 2003 en 2008 vond de expansie van ASML plaats. In die fase zit het fotonica-ecosysteem nu ook. We weten dat de markt er is. Nu werken we dagelijks aan toepassingen die de sleutel hebben naar volume, want juist de combinatie van een groot aantal sensoren die meerdere grootheden meten in grote getalen, is onze technologie heel sterk.”
Voor veel klanten van PhotonFirst is meten via glasvezels nieuw. “Ze moeten daar bekend mee raken, er vertrouwen in krijgen en de extra mogelijkheden die onze technologie met zich mee brengt herkennen. Maar zo gaat het altijd met innovatie; die is niet altijd gericht op de bewuste behoeftes van de markt. Echte innovatie creëert nieuwe mogelijkheden en nieuwe toepassingen, en daar spelen wij als PhotonFirst met onze technologie op in”, aldus Cremer.