Het energiegebruik in de industrie ligt op zo’n 1200 pJ en naar schatting 70 tot 80 procent daarvan is voor warmteopwekking. Logisch dat ISPT, het instituut voor duurzaamheid in de procesindustrie, een programma heeft opgesteld om met technologische innovaties meer gebruik te maken van restwarmte.
Onder regie van het ISPT wordt momenteel gewerkt aan de verdere ontwikkeling van industriële warmtepompen. De meeste industriële processen die warmte bij temperatuurniveaus rond de 200 °C nodig hebben, vereisen stoom bij verschillende druk/temperatuurniveaus. De temperatuur van industriële restwarmte is per definitie te laag om direct te worden hergebruikt. In diverse sectoren in de industrie is restwarmte vaak volop beschikbaar. Voor het nuttig inzetten van deze warmte moet de temperatuur worden verhoogd tot boven de zogenoemde pinch-temperatuur.
Twee concepten
In het kader van het STEPS project worden twee geavanceerde concepten van warmtepomptechnologie ontwikkeld en in de praktijk getest. Het gaat om een meertraps omgekeerde Rankine-cyclus warmtepomp en een enkeltraps thermo-akoestische warmtepomp. De meetgegevens worden gebruikt om de technisch-economische haalbaarheid vast te stellen.
De omgekeerde Rankine-cyclus warmtepomp is ontwikkeld door Bronswerk en IBK en draait bij papierfabriek Smurfit Kappa in Roermond. De warmtepomp kan warmte van 50 tot 90 °C opwaarderen tot stoom van 100 tot 130 °C. Dat is een groot verschil met de traditionele warmtepomp, die warmte tot slechts 85 °C kan opwaarderen. Het verschil wordt vooral door het gebruik van butaan als koudemiddel. Het gaat in deze test om een proefinstallatie van 0,2 MW. De ht-warmtepomp kan boilers op gas of olie vervangen, waardoor energiekosten en de CO2-uitstoot fors verlaagd kunnen worden. De terugverdientijd van vier tot vijf jaar is vergelijkbaar met die van gasboilers, exclusief subsidie.
Bedrijven die stoom willen produceren van meer dan 170 °C zullen moeten wachten op de thermo-akoestische warmtepomp, die als het een beetje meezit over twee tot drie jaar op de markt verschijnt. Die warmtepomp kan laagwaardige warmte opwaarderen tot stoom van 240 °C. ECN heeft hier veel onderzoek naar gedaan en is erin geslaagd om het rendement van prototypen flink op te voeren. Omdat er een vat met helium wordt gebruikt waarin geluidsgolven worden opgewekt, zijn er nagenoeg geen bewegende delen en is er nauwelijks slijtage.
Gangbare warmtepomptechnologie
Ondanks de hoge investeringen die met de ht-warmtepompen gemoeid zijn kan het ook met de gangbare warmtepomptechnologie wel degelijk interessant zijn om te kijken naar mogelijkheden om restwarmte op te waarderen zodat deze weer nuttig kan worden ingezet in het productieproces. Het besparingspotentieel bedraagt in veel gevallen 50 tot 70 procent ten opzichte van conventionele installaties. “Warmtepompen zijn breed inzetbaar,” zegt Bram van As, energieadviseur en directeur van De Kleyn Energy Consulting. ‘Enerzijds zijn er in de industrie verschillende restwarmte-bronnen zoals (afval)water, de condensor van een koelinstallatie of vochtige lucht en aan de andere kant zijn er vele processen waarvoor water van hoge temperatuur nodig is.
Het bedrijf ontwierp en implementeerde al diverse warmtepompconcepten voor de industrie onder meer voor een fritesfabrikant. De fritesbakker realiseert sindsdien jaarlijks een energiebesparing van ca. 800.000 Nm³ aardgas, oftewel 70 procent van zijn gebruik. In nauwelijks vier jaar is de investering terugverdiend.
