De industrie koolstofvrij maken, telkens één warmtepompinstallatie
21 sep. 2022
Warmte is warmte, of het nu -40 of +140 graden graden Celsius is. Door deze te laten ontsnappen wordt niet alleen geld verspild, maar wordt ook de CO2-uitstoot van veel industriële processen verhoogd, vooral als zowel verwarming als koeling nodig zijn. Energie-efficiënte warmtepompen zijn snel op weg om de voorkeurstechnologie te worden bij het streven naar een koolstofneutrale toekomst. Deze technologie helpt zowel de industrie als steden om aan de steeds strengere milieuwetgeving te voldoen, hun eigen duurzaamheidsdoelen te bereiken en bedrijfskosten te verlagen.
Klimaatverandering is wereldwijd een urgente kwestie. Dit werd heel duidelijk op de historische klimaattop van 2015 die leidde tot het Akkoord van Parijs, een wereldwijd pact om de uitstoot van broeikasgassen te reduceren en de temperatuurstijging te beperken tot minstens 1,5 graad Celsius. De Europese Unie heeft nu een Europese Green Deal opgesteld waarmee zij de wereld wil voorgaan in actie voor het klimaat, en, belangrijker nog, duidelijke doelen wil stellen. Dit betekent onder meer dat in 2030 de uitstoot gehalveerd moet zijn en de Europese Unie in 2050 een klimaatneutrale zone moet zijn geworden.
Dat is geen geringe uitdaging, aangezien warmte volgens het Internationale Energieagentschap (IEA) meer dan de helft van het totale uiteindelijke energieverbruik in beslag neemt, waarvan het merendeel wordt geproduceerd uit fossiele brandstoffen. Om de gestelde doelen te halen moet het koolstofvrij maken van warmte daarom sterk worden versneld. Tevens voorziet de EU een afbouw van het gebruik van gefluoreerde gassen die veel worden gebruikt als koelmiddel, in overeenstemming met de Europese verordening inzake F-gassen die is vastgesteld om de uitstoot van broeikasgassen te reduceren.
De combinatie van toenemende regelgeving, technologische vooruitgang en de eigen wens om hun milieu-impact te verminderen, vormt de noodzakelijk impuls voor fabrikanten om een strategie voor het koolstofvrij maken van hun activiteiten te koppelen aan hun bedrijfsstrategie. Zo plukken bijvoorbeeld voedingsmiddelenfabrikanten die zich al vroeg hebben ingezet om hun emissies terug te dringen nu al de belangrijke financiële en ecologische vruchten van de integratie van warmtepompen in hun productieprocessen; dit geldt met name voor fabrieken waar warmte eerst nodig is voor de bereiding van voedingsmiddelen en later om deze weer af te koelen.
De verborgen kampioen in de industrie: de warmtepomp
Met toepassingen in zowel B2B als B2C heeft de warmtepomp een lange weg afgelegd, sinds hij in de jaren ‘50 van de negentiende eeuw voor het eerst werd gebruikt voor het drogen van zout dat gewonnen werd in Oostenrijkse moerassen. Al welbekend door hun gebruik voor stadsverwarming en in de woonsector, zijn warmtepompen snel op weg om de voorkeurstechnologie te worden voor fabrikanten die worstelen om te voldoen aan steeds strengere milieuwetgeving, en hun CO2-uitstoot en bedrijfskosten moeten reduceren.
Warmtepompen transformeren vernieuwbare of afvalenergie uit gebouwen en processen om deze te gebruiken voor verwarming. Bijvoorbeeld: bij koeling geven koelsystemen warmte af uit een condensor, die eenvoudig vrijkomt in de omgeving. De warmtepomp vangt deze waardevolle hulpbron op en voert de temperatuur ervan vervolgens op om warmte te produceren die geschikt is voor productiedoeleinden.
Wanneer een warmtepomp wordt gecombineerd met een koeleenheid zijn zowel koeling als verwarming mogelijk, zodat eenmalig gebruik wordt omgezet in een continue cyclus met een verlaging van de energiekosten met 30 procent of meer. Dat is een aanzienlijke besparing als we bedenken dat in de zuivel- en drankenindustrie tot wel 60 procent van het energieverbruik wordt besteed aan verwarming en koeling.
GEA warmtepompinstallatie, Mars chocoladeproductiefaciliteit, Veghel, Nederland. Voor deze klantgebonden oplossing gebruikt GEA zuigercompressoren voor de extractie en het boosten van warmte met een lage temperatuur die afkomstig is van de koeleenheid, zodat zij kan worden gebruikt voor verwarmingswater. (Foto: RCC K&L)
Verlaging van CO2- en koelmiddelemissies
Nu het gebruik van gefluoreerde gassen wordt afgebouwd worden natuurlijke koelmiddelen steeds populairder. De belangrijkste hiervan is ammoniak, een milieuvriendelijk koelmiddel dat gemakkelijk verkrijgbaar en niet duur is, en geen impact heeft op de klimaatopwarming of de afbraak van de ozonlaag.
Ammoniak wordt veelvuldig gebruikt in voedselverwerkingsinstallaties, in de dranken- en zuivelindustrie, alsook in brouwerijen en koelruimten. Dankzij verbeteringen in de compressortechnologie kunnen warmtepompen met ammoniak nu hogere temperaturen produceren. Zo is de weg vrijgemaakt voor een grootschaliger gebruik in de voedingsmiddelen-, dranken- en zuivelindustrie, waar afvalwarmte hergebruikt en geboost kan worden voor het wassen, reinigen en drogen van producten, verwarmingswater voor reinigings- en verwerkingsdoeleinden, alsook voor pasteurisatie.
Traditioneel werden in deze industrieën boilers gebruikt om producten te koken of te pasteuriseren, die vervolgens weer moesten worden afgekoeld. Dit resulteerde in een enorme energieverspilling, aangezien de warmte van het koelproces een te lage temperatuur had om te kunnen worden hergebruikt. Een warmtepomp is echter in staat om de temperatuur van afvalwarmte op te voeren tot meer dan 90 graden Celsius, zodat deze weer in circulatie kan worden gebracht. Dit betekent dat er meer op fossiele brandstoffen gestookte boilers uit bedrijf kunnen worden genomen, warmte kan worden geregenereerd of gerecycled, en CO2-uitstoot aanzienlijk kan worden gereduceerd – in veel gevallen met zelfs wel 50 procent. Bovendien kunnen deze CO2-emissies tot nul worden teruggebracht als er groene elektriciteit wordt gebruikt.
Aangepaste oplossingen zorgen voor een enorme sprong voorwaarts in de voedingsmiddelenindustrie
“GEA’s industriële warmtepompen beslaan een bereik van 300 kW tot 10.000 kW, wat betekent dat we zo ongeveer elke toepassing kunnen handelen, van heet spoelwater tot en met stadsverwarming,” legt Kenneth Hoffmann, Product Manager Heat Pumps bij GEA Refrigeration Technologies, uit. “Maar elke toepassing is anders en vereist een aanpak op maat. Wij hebben het voordeel dat we in staat zijn om uitgebreide proceskennis en expertise te combineren in geïntegreerde verwarmings- en koeloplossingen. We ontwerpen alles op zo’n manier dat de hittebron stabiel en permanent beschikbaar blijft, zodat het gebruik van afvalwarmte kan worden geoptimaliseerd.”
Traditionele installaties met gasboilers worden gewoonlijk ontworpen voor een veel hogere temperatuur van de warmtedrager dan werkelijk nodig is in het proces; dit leidt tot onnauwkeurige berekeningen van hittebelastingen en daardoor onnodige energieverspilling. Voor de integratie van een warmtepompsysteem daarentegen is een uitgebreide analyse nodig van de vereiste temperaturen en een beoordeling van de juiste procesparameters, daarom geldt dat hoe nauwkeuriger het aanvankelijke ontwerp, des te meer energie er kan worden bespaard. Iedere graad telt dus. In plaats van kleine leidingen met een aanzienlijk temperatuurverschil te gebruiken om de aanvankelijke kosten laag te houden, levert de investering in een warmtepomp continue besparingen op, iedere dag opnieuw.
Elke toepassing is anders en vereist een aanpak op maat. Wij hebben het voordeel dat we in staat zijn om uitgebreide proceskennis en expertise te combineren in geïntegreerde verwarmings- en koeloplossingen.” - Kenneth Hoffmann, Product Manager Heat Pumps, GEA Refrigeration Technologies
- Kenneth Hoffmann, Product Manager Heat Pumps, GEA Refrigeration Technologies
“We hebben uitstekende relaties, waarvan sommige al tientallen jaren voortduren, met onze verwerkende klanten. Vele hiervan ontstonden bij de levering van een koelinstallatie; dat is het gebied waar onze wortels en expertise liggen,” zegt Maarten Gelens, Refrigeration Expert bij GEA Refrigeration Technologies, Nederland. Robert Unsworth, Technical Sales Director bij GEA Refrigeration Technologies UK, voegt hieraan toe: “Bij de samenwerking met onze klanten streven we ernaar hun duurzaamheidsdoelen te bereiken, dus ook de realisatie van energiebesparingen en de reductie van hun CO2-emissies. De toepassing van warmtepompen in de voedingsmiddelen-, zuivel en drankensectoren wordt de grootste sprong voorwaarts die ooit heeft plaatsgevonden in de voedselproductie en koeling.”
Groei van het bedrijf en duurzaamheid: twee zijden van dezelfde munt
Om duurzaamheidsdoelen te halen heeft het IEA verklaard dat het aandeel van schone energietechnologieën, zoals warmtepompen en verwarming met zonnewarmte, in 2030 verdrievoudigd moet zijn tot meer dan een kwart van de verkoop van nieuwe verwarmingsapparatuur. Warmtepomptechnologie levert energie- en kostenbesparingen, ongeacht de industriële sector of de mate waarin ze wordt benut. Zij kan worden gebruikt voor basistaken, zoals verwarming en koeling van een kleine woning in een buitenwijk, maar ook een centrale rol spelen in een superslimme, klimaatneutrale strategie voor stadsverwarming of in een grote voedingsmiddelenfabriek. Verder helpt GEA fabrikanten om hun installaties holistisch te bekijken, door elk proces te analyseren en gelegenheden voor rendementsverhogingen en kostenbesparingen te identificeren. Deze aanpak of aanbieding, die we GEA Holistic Engineering Solutions (NEXUS) noemen, omvat vaak de integratie van een warmtepomp voor de opvang en het hergebruik van afvalwarmte die in overvloed te vinden is in veel productieomgevingen.
De toepassing van warmtepompen in de voedingsmiddelen-, zuivel en drankensectoren wordt de grootste sprong voorwaarts die ooit heeft plaatsgevonden in de voedselproductie en koeling.” - Robert Unsworth, Technical Sales Director bij GEA Refrigeration Technologies UK
- Robert Unsworth, Technical Sales Director bij GEA Refrigeration Technologies UK
