Achter de meeste dingen die we dagelijks gebruiken zit een specifiek industrieel proces. Van het maken van keramische tegels tot het bakken van koekjes op industriële schaal, voor alles is een speciale productielijn. En hoewel deze twee voorbeelden haaks op elkaar lijken te staan, is er één ding dat deze twee en nog veel meer productieprocessen samenbrengt: warmte. Temperaturen variëren. Voor de productie van staal is tot 1800°C warmte nodig, terwijl voor de productie van papier 200°C genoeg is. Alles bij elkaar zorgt dat ervoor dat warmteproductie verantwoordelijk is voor 21% van de CO2-uitstoot in de wereld.
Waarom dit belangrijk is:
Een aanzienlijk deel van de emissiereductie-inspanningen is gebonden aan de vergroening van industriële processen. De meeste emissies van deze sector zijn afkomstig van warmteopwekking. Wie warmte kan controleren, kan CO2-reductie beter beheersen.
In een poging om een duurzame warmtevoorziening te realiseren, heeft een team van Nederlandse academici HeatFlex opgericht. Het initiatief wordt ondersteund door vier Nederlandse universiteiten, het instituut voor toegepast wetenschappelijk onderzoek TNO en topsectorinstituten zoals ChemieNL. Het doel is om de Nederlandse industrie te versterken en de toepassing van duurzame energie te bevorderen door nieuwe technologieën te benutten, te bestuderen en te testen.
Hiervoor heeft HeatFlex verschillende werkpakketten opgezet om de verschillende aspecten van de materie uit te diepen. “De vraag waarmee we startten is hoe we de procesindustrie kunnen helpen om structureel en tijdig groener te worden. Van daaruit hadden we als groep wetenschappers het eerste contact met de industrie en dat was positief. We realiseerden ons echter ook dat een ontwikkelingstraject ontbrak, hoewel alle betrokkenen de urgentie van de transitie voelden”, legt John Nijenhuis uit. Hij is chemisch ingenieur van opleiding en technologiemanager aan de Technische Universiteit Delft (TU Delft).
Industriële warmtepompen
De voordelen van warmtepomptechnologie zitten vooral in het verkleinen van de ecologische voetafdruk van huishoudens. In 2023 werden er in Nederland meer dan 150.000 van verkocht. Het aanpassen van deze technologie aan de industriële omgeving is ook een van de ideeën om de procesindustrie koolstofvrij te maken.
Volgens de onderzoekers is de overstap naar elektriciteit essentieel in deze overgang en zijn industriële warmtepompen een van de meest gebruikte oplossingen. Ze kunnen warmte opwekken en een bestaande warmtebron gebruiken om deze op een hogere temperatuur te brengen. In industriële omgevingen is afvalwarmte uit processen een van de manieren om warmte te genereren. Door gebruik te maken van een warmtebron kan een warmtepomp veel meer warmte produceren met een bepaalde hoeveelheid elektriciteit in plaats van een hele fabriek volledig van elektriciteit te voorzien.
Hoewel veelbelovend, moet er nog veel ontwikkeling plaatsvinden omdat industriële warmtepompen nog niet in staat zijn om de hoge temperaturen te leveren die nodig zijn voor de meest energie-intensieve industriële processen. “Er moet nog veel ontwikkeling plaatsvinden om de efficiëntie en integratie te verbeteren. Maar ook moeten de verschillende technologieën die voor warmtepompen worden gebruikt verder worden onderzocht om te begrijpen hoe de temperatuuroutput kan worden verhoogd,” legt Rene Pecnik uit, energietechnoloog aan de TU Delft.
Thermische batterijen
Om de flexibiliteit verder te verhogen, bestudeert het HeatFlex-consortium ook het gebruik van thermische warmtebatterijen. Op deze manier kunnen bedrijven hun warmteverbruik optimaliseren. De onderzoeksgroep is met name van plan om warmteopslagtechnologie met gesmolten zout te integreren in enkele demonstratie-installaties.
Met deze zouten, die al lange tijd worden gebruikt in de geconcentreerde zonne-energie-industrie, kan hernieuwbare energie worden opgeslagen voor later gebruik. Bovendien passen ze goed bij warmtepompen. Overdag, of op momenten dat de productie van hernieuwbare energie hoog is, kunnen warmtepompen de zouten verwarmen en deze warmte opslaan in tanks voor later gebruik.
Een aangepaste industrie
Overschakelen op andere technologieën betekent dat de systemen en processen in de warmteleverende industrie grondig moeten worden heroverwogen. “Het verbinden van alle nieuwste ontwikkelingen met de bestaande industrie is de moeilijkste taak. Typisch, omdat er bij fossiele brandstoffen geen behoefte aan was zoals bij hernieuwbare bronnen,” benadrukt Matteo Gazzani. Hij is universitair hoofddocent aan de Universiteit Utrecht en de Technische Universiteit Eindhoven (TU/e) en richt zich op het heroverwegen en aanpassen van de industrie.
“Hoewel je een langetermijncontract voor gas kunt afsluiten, betekent aansluiting op het elektriciteitsnet dat je vraag moet worden afgestemd op het fluctuerende aanbod en dat je maximaal profiteert. Dat is waar industriële warmte een potentieel reservoir van flexibiliteit opent, aangezien opslag van thermische energie kostenefficiënter is dan batterijen,” legt Robert de Boer uit, een TNO-wetenschapper die werkt aan industriële verwarmingssystemen. Het bestuderen van de integratie van dergelijke systemen en welke technologieën het beste werken bij verschillende temperatuurvensters is ook een taak van HeatFlex.
Demonstraties
Een hoeksteen van HeatFlex is het inzetten van demonstraties. Deze pilots zijn essentieel om het universitaire laboratoriumonderzoek op te volgen, waarbij nieuwe technologie met echte werkomstandigheden op de proef wordt gesteld. Op deze manier wordt niet alleen de validiteit van de technologie onderzocht, maar wordt ook de integratie met de bestaande procedures en het bestaande systeem geverifieerd.
Op dit moment zijn er gesprekken gaande voor drie pilots. Een daarvan is het leveren van een nieuw warmtepompontwerp aan een bedrijf dat voedselverpakkingen produceert. In een andere pilot willen ze een directe aansluiting op elektrische verwarming ontwikkelen. Het derde bedrijf gebruikt momenteel houtsnippers om bio-energie te maken, maar ze zijn op zoek naar een manier om thermische energie op te slaan en terug te zetten in elektriciteit.
Met de klimaatdoelstellingen in het verschiet ziet HeatFlex haar werk als instrumenteel. “Op dit moment is het alsof een auto op volle snelheid tegen de muur rijdt. Als we blijven vertrouwen op fossiele brandstoffen en toch moeten voldoen aan regelgeving die ermee wil stoppen, wordt het te moeilijk om over die muur heen te springen. Met HeatFlex bouwen we een schans om over deze muur te springen,” vat Gazzani samen.
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
