Met warmtepompen kunnen industriële droogprocessen een stuk duurzamer en efficiënter verlopen. Vooropgesteld dat de ontstane restwarmte kan worden hergebruikt. Dat was tot dusver alleen mogelijk bij lage temperaturen. Het Austrian Institute of Technology (AIT) heeft nu een demonstratiemodel gebouwd met een industriële warmtepomp die bij hoge temperaturen functioneert.
Warmtepompen kunnen een wezenlijke bijdrage leveren aan een toekomstbestendige energie-infrastructuur. Restwarmte afkomstig van industriële droogprocessen kon echter bij temperaturen van 110 graden Celsius of meer, niet gebruikt worden. Deze hoge temperaturen zijn nodig bij het drogen van producten als bakstenen of voedingsmiddelen. Om het proceswater te verdrijven, wordt de temperatuur naar een niveau van 90 tot 170 graden Celsius gebracht zodat het verdampt. Als deze restwarmte dan zomaar in de lucht verdwijnt dan werkt dat slecht uit op de CO2-balans en is daarmee dus schadelijk voor het klimaat. Kan de warmte wel voor een ander doel worden gebruikt, dan draagt het juist bij aan een efficiënt gebruik van brandstof en het reduceren van de CO2-uitstoot.
Gebruik van restwarmte
In het EU-onderzoeksproject DryFiciency ontwikkelden wetenschappers twee warmtepompen die gebruikt kunnen worden bij industriële droogprocessen van 110 graden Celsius en hoger. Daardoor kan de hierbij ontstane restwarmte wel worden gebruik. Het gaat om stoomcompressiepompen. De ene pomp kent een gesloten kringloop. Deze is bestemd voor toepassing bij luchtdroging. De andere heeft een open kringloop en is juist geschikt voor droging door middel van stoom. Ze kunnen beide in bestaande installaties worden geïntegreerd. Het demonstratiemodel werkt onder dezelfde omstandigheden als bij industriële droogprocessen en de baksteen-, diervoedings-, of levensmiddelenindustrie het geval is.
Droogprocessen bij baksteenproductie
Het eerste demonstratiemodel werd gebouwd bij de ovens van de baksteenfabrikant Wienerberger in Uttendorf. Hier plaatsten de onderzoekers een warmtepomp met een gesloten kringloop. De fabrikant droogde de bakstenen eerst met behulp van een aardgasbrander. Volgens Carlo Callegati, Head of Research and Development, Operations and Engineering, is dit een mijlpaal op weg naar de decarbonisering van de baksteenindustrie.
In de baksteenindustrie draait alles om vormen, drogen en bakken. Deze processen vinden plaats in een continu werkende tunneloven. De warmtepomp werd in deze oven ingebouwd. De warmtepomp zet de restwarmte van het proces om in nuttige energie. De warmtepomp levert hier warmte aan de tunneldroger.
Warmtepomp met gesloten kringloop
Warmtepompen met gesloten systemen, ook wel compressiewarmtepompen genoemd, comprimeren een medium – het zogenaamde koelmiddel – bij de warmteverbruiker (koellichaam) tot een hoger temperatuurniveau dan bij de warmtebron. Ze leveren een veel grotere hoeveelheid energie (warmte) dan de energie die nodig is voor hun werking (meestal elektriciteit). Het zijn dus efficiënte recyclingbedrijven voor afvalwarmte.
Compressiewarmtepompen bestaan uit vier hoofdcomponenten: Compressor, condensor, expansieklep en verdamper. De koelmiddelen die zij gebruiken, worden te allen tijde in een continu of gesloten circuit bewaard.
Verdamper
In de verdamper wordt het koelmiddel blootgesteld aan de warmtebron. Het middel kan bijvoorbeeld ook industriële restwarmte zijn. Hier verdampt het koelmiddel bij lage druk en lage temperatuur.
De compressor
De compressor brengt de druk van het koelmiddel op een hoger niveau.
Condensor
In de condensor wordt de energie van het koelmiddel overgebracht naar een distributiemedium, zoals lucht of een warmteverbruiker. Het koelmiddel koelt af en wordt weer vloeibaar.
Expansieklep
Om het warmtepompcircuit te sluiten, wordt het koelmiddel naar een expansieventiel gevoerd. De lagedruk-lage-temperatuur-vloeistof is klaar om terug te keren naar de verdamper.
Hier vindt u een video over het recyclingproces van industriële restwarmte.
Alternatief voor gasbranders
Veronika Wilk, van het Center for Energy, van de AIT, ziet warmtepompen als een echt alternatief voor conventionele gasbranders bij veel droogprocessen. De voordelen zijn legio. Ze kunnen helpen de energie-efficiëntie met 80% te verhogen en de CO2-uitstoot tot 75 procent te verminderen. Verder leidt het tot 20 procent lagere productiekosten.
Klimaatdoelstellingen
De grondstoffen- en energie-intensieve industrie produceert aanzienlijke hoeveelheden verloren warmte. In sommige industrieën zijn energie en brandstoffen – zoals gas – goed voor 20 tot 40 procent van de productiekosten en veroorzaken ze grote hoeveelheden CO2-uitstoot.
DryFiciency is in overeenstemming met de klimaat- en energiedoelstellingen van de EU voor 2030 en de richtlijn inzake energie-efficiëntie (2012/27/EG) . Bovendien zal DryFiciency de industrie helpen om te voldoen aan de nieuwe F-gasverordening, die de totale hoeveelheid verkochte gefluoreerde gassen (bv. voor verwarmings- en koelsystemen) beperkt en in 2030 afloopt. De DryFiciency-warmtepompen vallen niet onder de F-Gas Verordening.
Ook interessant:
Soundenergy zet warmte om in koeling
