Aquathermie

Denk aan aquathermie als een slimme manier om de thermische energie die in water schuilgaat te benutten. Het gaat niet zomaar om warmte uit water halen; het is de kunst om die vaak lage temperaturen – of juist de koelte – bruikbaar te maken voor onze gebouwen. Stel je een systeem voor dat de warmte van een sloot of zelfs rioolwater oppakt en via een warmtewisselaar naar een hoger, bruikbaar niveau tilt. Essentieel hierbij is de warmtepomp, die deze relatief lage temperatuur energie omzet naar iets waar je een woning mee verwarmt. Of koelt, natuurlijk. Vaak wordt deze energie via een robuust warmtenet verspreid naar aangesloten panden. De synergie met warmte-koude-opslag (WKO) is hierbij cruciaal; 's zomers de warmte uit het water halen, opslaan in de bodem, om diezelfde warmte 's winters weer in te zetten. Dit systeem is een pilaar onder de ambitie voor aardgasvrije wijken en draagt meetbaar bij aan het reduceren van de CO2-uitstoot. Een serieuze optie, dat staat vast.

De uitvoering van aquathermie omvat doorgaans verschillende fasen, beginnend bij de winning van thermische energie uit een waterbron tot de uiteindelijke levering aan gebouwen. Eerst wordt de beschikbare thermische energie uit de geselecteerde waterbron – dit kan oppervlaktewater, afvalwater of drinkwater zijn – middels warmtewisselaars onttrokken. Een koudedragende vloeistof, circulerend door deze wisselaars, neemt de warmte van het water op of geeft juist koude af, afhankelijk van de benodigde functie.

Vervolgens transporteert een leidingnetwerk deze, nog op relatief lage temperatuur verkerende, energie naar een centrale energievoorziening. Hier staat de warmtepompinstallatie opgesteld. De warmtepomp, aangedreven door elektriciteit, verhoogt de temperatuur van de opgenomen energie tot een niveau dat geschikt is voor verwarmingsdoeleinden in gebouwen, of verlaagt de temperatuur juist voor koeling. Het is een energetische transformatie die de lage-temperatuurbron bruikbaar maakt voor utiliteitsbouw en woningen.

Na deze temperatuurmodificatie kan de verwerkte energie op verschillende manieren benut worden. Een directe route is de distributie via een warmtenet, dat de energie naar aangesloten gebouwen leidt. Hier wordt de warmte gebruikt voor ruimteverwarming en warm tapwater, of de koude voor koeling. Een andere gangbare aanpak, vaak gecombineerd met directe levering, is de opslag van de energie. Seizoensgebonden opslag in de bodem via een Warmte-Koude-Opslag (WKO) systeem is hierbij een veelvoorkomende strategie. Overtollige warmte uit de zomermaanden wordt dan ondergronds bewaard, om in de winter weer te worden ingezet, terwijl koude op vergelijkbare wijze wordt opgeslagen voor de zomer. Dit optimaliseert de efficiëntie en continuïteit van het systeem.

De drie gezichten van aquathermie

Aquathermie is een overkoepelende term, maar kent specifieke vormen, elk gedefinieerd door de waterbron waaruit de thermische energie wordt gewonnen. Drie varianten tekenen het landschap van aquathermie: TEO, TEA en TED. Ze delen de basisprincipes van warmtewinning en -afgifte via water, maar verschillen fundamenteel in hun bron en daarmee hun toepasbaarheid en uitdagingen.

De meest voorkomende, Thermische Energie uit Oppervlaktewater (TEO), richt zich op de grootschalige benutting van warmte of koude uit rivieren, meren, kanalen of zelfs poldersloten. Denk aan de IJssel of de Oosterschelde; hierin huist een enorme energetische potentie. Het vraagt echter wel om gedegen onderzoek naar ecologische impact en vergunningstrajecten, niet onbelangrijk.

Daarnaast is er Thermische Energie uit Afvalwater (TEA). Deze variant benut de restwarmte die aanwezig is in afvalwater, veelal in rioolwaterzuiveringsinstallaties (RWZI's) of rechtstreeks uit de rioolbuizen zelf. Afvalwater heeft het voordeel van een relatief stabiele temperatuur en is altijd beschikbaar, ongeacht de weersomstandigheden. Het is een slimme manier van restwarmtebenutting, een waardevolle bron die anders verloren gaat.

Tot slot kennen we Thermische Energie uit Drinkwater (TED). Hierbij wordt de temperatuur van drinkwater benut, vaak bij de bron of in distributienetten, voordat het bij de consument terechtkomt. Dit lijkt misschien contra-intuïtief, gezien de hoge eisen aan drinkwaterkwaliteit. Echter, door de relatief constante temperatuur van het dieper gelegen grondwater, waaruit ons drinkwater vaak wordt gewonnen, biedt het een betrouwbare bron, mits zorgvuldig en hygiënisch gescheiden van het drinkwater zelf. Een minder gangbare optie, maar zeker niet te negeren in de zoektocht naar duurzame oplossingen. Elk type aquathermie vraagt om een specifieke aanpak, zowel technisch als organisatorisch, maar ze leveren allemaal een cruciale bijdrage aan de energietransitie.

Hoe ziet dit er in de praktijk uit?

De theorie achter aquathermie, die is duidelijk. Maar waar kom je dit in het dagelijks leven nu tegen, en hoe werkt het concreet, buiten de technische beschrijvingen om? Het is vaak minder abstract dan je denkt.

• TEO bij een nieuwe woonwijk: Stel, een projectontwikkelaar bouwt een moderne wijk langs een rivier of een brede stadsgracht. In plaats van individuele cv-ketels, kiest men voor een collectief systeem. Grote warmtewisselaars, subtiel weggewerkt in het water, onttrekken de warmte of koude. Een centrale energiecentrale met warmtepompen pompt deze energie op, waarna een lokaal warmtenet de aangesloten woningen van warmte voor vloerverwarming voorziet in de winter en passieve koeling in de zomer. Het water blijft onaangeroerd, de energie wordt benut.
• TEA bij een kantoorgebouw aan een RWZI: Een groot, energiezuinig kantoorcomplex grenst aan een rioolwaterzuiveringsinstallatie (RWZI). Het gezuiverde afvalwater dat uit de installatie stroomt – het zogenaamde effluent – heeft een verrassend stabiele temperatuur, vaak rond de 15-20 graden Celsius, zelfs in de winter. Speciale warmtewisselaars 'vangen' deze restwarmte op. Dit wordt vervolgens met warmtepompen omgezet naar een bruikbare temperatuur voor de verwarming en koeling van het gehele kantoorgebouw. Efficiënt hergebruik op een locatie waar veel 'verloren' energie te vinden is.
• TED bij een waterwingebied of drinkwaterleiding: Een ziekenhuis of een groot publiek gebouw wordt gebouwd in de nabijheid van een drinkwaterleiding die relatief diep onder de grond ligt, of direct bij een waterproductiebedrijf. Het drinkwater zelf mag natuurlijk niet gecontamineerd raken. Daarom wordt in een volledig gesloten systeem, met indirecte warmtewisselaars, de constante temperatuur van het passerende drinkwater benut. De warmte of koelte wordt eruit getrokken vóórdat het water de woningen bereikt. Het water zelf stroomt gewoon door, ongemoeid, terwijl de thermische energie bijdraagt aan een duurzaam binnenklimaat.

De implementatie van aquathermieprojecten is geen vrijblijvende aangelegenheid; zij valt onder een omvangrijk en complex wettelijk kader. Met de invoering van de Omgevingswet per 1 januari 2024 is dit kader deels geconsolideerd. Deze wet bundelt diverse wetten voor de fysieke leefomgeving en is cruciaal voor het aanvragen van vergunningen en het beoordelen van milieueffecten bij de aanleg en exploitatie van aquathermiesystemen.

Met name de watergerelateerde aspecten zijn stringent gereguleerd. De Waterwet blijft hierbij een centrale rol spelen. Vergunningen voor het onttrekken van water, het lozen van retourwater (ook al is de temperatuur minimaal gewijzigd) of het plaatsen van installaties in of nabij oppervlaktewaterlichamen vallen hier direct onder. Dit omvat een zorgvuldige afweging van ecologische effecten, bijvoorbeeld op de watertemperatuur en de biodiversiteit.

Voor Thermische Energie uit Drinkwater (TED) is de Drinkwaterwet onmiskenbaar leidend. De primaire focus hier ligt op het waarborgen van de drinkwaterkwaliteit. Elke vorm van thermische energiewinning uit drinkwaternetten moet absoluut gescheiden blijven van het drinkwater zelf, dit om contaminatie of beïnvloeding van de drinkwaterkwaliteit uit te sluiten. Strikte hygiënevoorschriften en technische scheidingen zijn dan ook een harde eis. Het is de kern om innovatie te koppelen aan onwrikbare zekerheid, vooral waar het de basisbehoefte aan schoon drinkwater betreft.

De exploitatie van water als bron van thermische energie, zo nieuw is het idee op zich niet. Natuurlijk, al sinds de oudheid zijn er voorbeelden van het benutten van water, zij het vaak geothermisch, voor verwarming. Maar de moderne invulling van aquathermie, die zoals wij die nu kennen voor de gebouwde omgeving, heeft een meer recente en specifieke ontstaansgeschiedenis. Het is een evolutie, nauw verbonden met technologische doorbraken en maatschappelijke verschuivingen.

De cruciale schakel in de moderne aquathermie is zonder twijfel de warmtepomp. Pas toen deze technologie efficiënt en schaalbaar genoeg werd om warmte op te waarderen van relatief lage watertemperaturen naar bruikbare temperaturen voor verwarming in gebouwen, kwam aquathermie echt in beeld. De ontwikkeling van de warmtepomp, met belangrijke sprongen in de jaren '70 en '80, en daarna een gestage verbetering van efficiëntie in de afgelopen twee decennia, legde de basis. Aanvankelijk vooral voor individuele gebouwen, later ook voor collectieve systemen.

De ware versnelling kreeg aquathermie met de opkomst van de energietransitie en de dwingende noodzaak om aardgasvrij te bouwen en te renoveren. Vooral in Nederland, met zijn uitgebreide netwerk van oppervlaktewater en de nationale ambities om de CO2-uitstoot drastisch te verminderen, is aquathermie in de laatste vijftien tot twintig jaar van een niche-toepassing uitgegroeid tot een volwaardige pijler onder de duurzame warmtevoorziening. De expliciete categorisering in Thermische Energie uit Oppervlaktewater (TEO), Afvalwater (TEA) en Drinkwater (TED) is een relatief recente stap, die de volwassenheid van het concept en de specifieke technische en beleidsmatige aandacht daarvoor onderstreept. Het is de directe respons op de vraag naar grootschalige, CO2-neutrale alternatieven voor traditionele verwarmingsmethoden. Van pilotprojecten naar steeds meer geïntegreerde oplossingen in stadsverwarming en -koeling; de curve wijst gestaag omhoog.

• https://www.dwa.nl/aquathermie
• https://ennatuurlijk.nl/wat-aquathermie
• https://www.vattenfall.nl/stadsverwarming/warmtenetten-en-warmtebronnen/aquathermie/
• https://niwt.nl/blog/category/geen-categorie/
• https://www.stowa.nl/sites/default/files/assets/PUBLICATIES/Publicaties 2021/STOWA 2021-14 Warmte uit Samenwerking verkenning naar de governance van aquathermie.pdf
• https://www.feenstra.com/zorgelooswonen/oppervlaktewater-als-bron-van-energie/
• https://www.warmingup.info/documenten/tvvl---magazine-2021-nr-6---aquathermie_-1.pdf