Hergebruik van water en energie: van afval naar grondstof

Hergebruik van water en energie: van afval naar grondstof

Francesco Suman legt uit hoe Alufluor nieuwe manieren vond om grondstoffen terug te winnen door samen te werken met een door de EU gefinancierd project.

In de afgelopen jaren hebben industrieën en academici in de EU steeds meer samengewerkt om milieuvriendelijke maar winstgevende producten te ontwikkelen. De focus van het onderzoek verschuift steeds meer naar het omzetten van industrieel afval in economisch waardevolle hulpbronnen, vooral met grondstoffen en bijproducten van industrieën die bij hoge temperaturen werken, zoals de chemische industrie.

Een interessant voorbeeld van deze benadering is te vinden bij Alufluor, een chemisch bedrijf gevestigd in Helsingborg, Zweden. Alufluor produceert aluminiumfluoride, een cruciaal ingrediënt in het smeltproces van aluminium. Het bedrijf staat in de industrie bekend om zijn samengestelde productie, vooral gezien het zuiverheidspercentage van 97,5%.

Het productieproces genereert veel afvalwater, gassen en chemische verbindingen die behandeld of verwijderd moeten worden. Bij het drogen ontstaan bijvoorbeeld hete dampen die reststoffen bevatten. Hoewel deze gassen worden gefilterd en gereinigd voordat ze de schoorsteen instromen, ontsnapt er toch nog wat afval.

Bovendien is er heet water nodig om de reactoren te reinigen, de centrifuges te wassen en het verlies van fluoriden tijdens het proces tot een minimum te beperken. Energieverbruik is een ander kritisch punt: het hele industriële proces vereist een behoorlijke hoeveelheid stroom, voornamelijk voor het drogen van aluminiumfluoride en het verwarmen van water.

Alufluor recyclet al een deel van zijn warmte, maar de vraag blijft hoog. Daarom vertrouwt het bedrijf op een biogasgestookte stoomgenerator, die een van de hoogste energiekosten vertegenwoordigt. Daarom was het een van de 19 bedrijven die deelnamen aan het iWAYS-project , een onderzoeksinitiatief gefinancierd door de Europese Commissie.

In iWAYS werken universiteiten en bedrijven samen om technieken te ontwikkelen voor het verminderen van emissies en het recyclen van materialen, warmte en water. Met sommige van deze technologieën kan Alufluor ongeveer een derde van het water dat het normaal als afval produceert, besparen en hergebruiken en zijn biogasverbruik met een vijfde verminderen.

"iWAYS stelt ons niet alleen in staat om efficiënter te werken en de productiekosten te verlagen, maar het geeft ons ook meer kracht in ons duurzaamheidsmerk", zegt Dan Turesson, een werktuigbouwkundig ingenieur die technisch directeur is bij Alufluor.

Energie besparen en uitstoot verminderen

De heat pipe condensing economiser (HPCE) is de kerntechnologie die is ontwikkeld door wetenschappers van iWAYS: hiermee kunnen warmte, water en materialen worden teruggewonnen. Bovendien is het flexibel genoeg om aangepast te worden aan verschillende industriële contexten.

Het ontwerp werd voor het eerst ontwikkeld door professor Hussam Jouhara van de Brunel Universiteit in Londen. De Universiteit van Modena en Reggio Emilia werkte aan de modellering en EconoTherm, een Brits bedrijf, produceerde het eigenlijke systeem.

Alufluor staat op het punt om een iWAYS HPCE met meerdere secties te installeren, in de verwachting de energieterugwinning te verhogen en de uitstoot van schoorstenen te verminderen. "De condensatie-energie is veel hoger dan die van gewone sensibele warmtewisselaars," zegt Turesson.

"De energiebesparing zou kunnen verdubbelen door gebruik te maken van iWAYS-componenten. Daarom verwachten we de behoefte aan stoom voor het verwarmen van waswater tot een minimum te kunnen beperken. Natuurlijk blijven er stoomgeneratoren als back-up, maar met deze innovaties kunnen we het biogasverbruik met 20% verminderen."

Emissiereductie wordt bereikt door minder brandstof te verbranden en schonere gassen naar de schoorstenen te sturen. Dit komt doordat condensatie veel fluoride deeltjes opneemt, waardoor het werkt als een gaswasser. Terwijl sommige HPCE-componenten worden geproduceerd, experimenteert Alufluor al met een ander essentieel onderdeel van het iWAYS-project: het waterbesparingssysteem.

Economisch model gebaseerd op hergebruik van water

De huidige gaswassers, die uitlaatgassen filteren, gebruiken 8 m3/uur drinkwater om fluoriden en andere deeltjes te verwijderen. In het geval van Alufluor ondergaat dit gefluorideerde water nog een proces voordat het in het riool wordt geloosd.

Dit gebeurt niet alleen om milieuredenen, maar ook om een product te maken dat later wordt verkocht." Een deel van onze duurzaamheid komt ook voort uit het feit dat we geen vast afval hebben, wat normaal gesproken elke concurrent heeft," zegt Turesson.

Kalk, rijk aan calcium, wordt toegevoegd aan het afvalwater waar nog fluoriden inzitten. Calcium reageert met fluoriden en vormt calciumfluoride, dat op zijn beurt wordt verkocht aan de cementindustrie. Opnieuw is de circulaire aanpak goed voor het milieu en het bedrijfsleven tegelijkertijd. De rest van het water wordt vervolgens verder gezuiverd en in zee geloosd, vlakbij de Alufluor-fabriek.

Calciumfluoride is kleverig en er is altijd een kleine overmaat calcium in het water - zelfs kraanwater bevat kleine hoeveelheden calcium. Daarom moet het water worden gezuiverd voordat het wordt hergebruikt in de gaswassers. Anders zouden de fluoriden zich met calcium verbinden en vlokken vormen die de werking zouden belemmeren.

Als onderdeel van de samenwerking met iWAYS installeert Alufluor nu een geïntegreerd waterbehandelingssysteem, waardoor gezuiverd water in de gaswassers terechtkomt. Het plan is om twee zandfilters en twee ionische filters, of ontharders, te installeren die calcium uit het water verwijderen door natriumchloride toe te voegen. Het water wordt vervolgens naar een tank geleid en hergebruikt voor de gaswassers.

Alufluor verwacht op deze manier ongeveer 60.000 m3 drinkwater per jaar te besparen. Een ander Italiaans bedrijf dat ook deelneemt aan iWAYS, SINAM, produceert zowel de zandfilters als de ionische filters. Het heeft hiermee al meer dan een maand een kleine pilot gedraaid zonder problemen.

"Er komt nog steeds veel water uit de eerste reactie met de twee grondstoffen, maar daar kunnen we op dit moment niet veel mee doen," zegt Turesson. "Toch zou het besparen en hergebruiken van het water voor de scrubbers een eerste stap kunnen zijn: het gebruik van de iWAYS-techniek zou kunnen helpen om nog meer water te besparen tijdens het hele proces. We zijn van plan om veel veranderingen aan te brengen in hoe we het waswater beheren en hoeveel energie we daarvoor gebruiken."

Wat wetenschappers die bij iWAYS werken hebben gedaan voor Alufluor, hebben ze ook gedaan voor keramische en stalen buizenbedrijven, allemaal industrieën die brandstoffen verbruiken en uitlaatgassen en afvalwater uitstoten - sommige meer dan andere. Daarom kunnen Europese bedrijven door dergelijke samenwerkingen op de lange termijn duurzaam blijven zonder dat dit ten koste gaat van de economische groei.