Verwarming Koeling Energieterugwinning & DHC

5 energiebronnen waar je nog nooit aan gedacht hebt

13 juli 2021 door Corinna Barnstedt
5 energiebronnen waar je nog nooit aan gedacht hebt

Elke dag komt er overtollige warmte vrij in het milieu, wat bijdraagt tot de opwarming van de aarde en kansen verspilt om schone energie op te wekken. Mogelijkheden om warmte terug te winnen en te hergebruiken zijn te vinden op plaatsen zoals grote industriële installaties, maar ook in de gangpaden van uw plaatselijke supermarkt.

 

Naar schatting wordt minder dan 30% van de energie die op de planeet wordt verbruikt, efficiënt omgezet. De rest wordt in de vorm van afvalwarmte in de atmosfeer geloosd. Deze restwarmte vervuilt niet alleen, maar vertegenwoordigt ook gemiste kansen om groene energie te verkrijgen of op zijn minst de energetische efficiëntie te verhogen.

 

Afhankelijk van de technologie en de toepassing die ze krijgt, hoeven de temperaturen niet buitensporig hoog te zijn om warmte op te vangen en opnieuw te gebruiken. Dit vertaalt zich in een brede waaier van potentiële overtollige warmtebronnen die kunnen worden gevonden op plaatsen zo groot en complex als een industrieterrein, maar ook in universiteitshallen of zelfs huishoudens.

 

Hier zijn vijf energiebronnen waar u waarschijnlijk niet aan hebt gedacht. Ze hebben echter een groot potentieel en er is nog genoeg ruimte om er het beste uit te halen:

 

1. CEMENTFABRIEKEN

Na water is cement de meest gebruikte grondstof ter wereld, met een jaarlijkse productie van 4,2 miljard ton. Het productieproces ervan omvat het verbranden van gemalen kalksteen en klei in ovens die een temperatuur van 1450°C bereiken, waardoor de cementindustrie een enorme potentiële bron van overtollige warmte is.

 

In zijn fabriek in de stad Souselas wint CIMPOR-Indústria de Cimentos, Portugals grootste cementproducent, reeds een deel van de procesafvalwarmte terug uit gassen die door ovens worden uitgestoten. Paulo Rocha, directeur innovatie en duurzaamheid van het bedrijf, gelooft echter dat er nog veel meer onontgonnen mogelijkheden zijn om warmte in deze installaties terug te winnen. "Hoewel het verbrandingsproces in een cementoven een van de meest efficiënte is, gaat er nog steeds een aanzienlijke hoeveelheid warmte verloren in de voorverwarmingstoren, in de klinkerkoeler of zelfs door straling. We zouden de efficiëntie nog verder kunnen verbeteren," zegt hij. "Het grootste probleem is dat de terugverdientijd van deze investeringen doorgaans erg lang is en niet voldoet aan de traditioneel aanvaarde cijfers voor de interne rentabiliteit van investeringen."

 

CIMPOR is geïnteresseerd in het optimaliseren van de warmteterugwinningsprocessen in Souselas door een deel van deze warmte te gebruiken voor de productie van elektrische energie voor intern gebruik of het elektriciteitsnet, alsmede in het onderzoeken van de mogelijkheden om leverancier te worden voor andere bedrijven of instellingen. In die zin zal het EMB3Rs-platform een belangrijke rol spelen bij het zoeken naar synergieën met andere sectoren en kosteneffectieve oplossingen. "Dit project ontwikkelt een instrument om een netwerk te ontwerpen dat sinks (consumenten) verbindt met bronnen op basis van hun beschikbaarheid en behoeften", zegt Rocha. "Maar het platform is ook interessant omdat het ons in staat zal stellen mogelijkheden te simuleren op basis van toekomstige technologieën. Zo kun je nieuwe technologieën overwegen, vooral die welke verband houden met de vermindering van de CO2-uitstoot".

 

2. KOELKASTEN IN SUPERMARKTEN

Behalve kippen, eieren en melk zou uw plaatselijke supermarkt ook een schone energiebron kunnen bieden om uw huis te verwarmen. Dat is althans een van de mogelijkheden die onderzoekers van de Technische Universiteit van Denemarken (DTU) in Kopenhagen bestuderen in het kader van het EMB3Rs-project.

 

Supermarkten moeten voortdurend koelsystemen laten draaien, zodat meer dan de helft van hun elektriciteitsverbruik naar koeling gaat. Zou men, in plaats van al die elektriciteit te gebruiken om warmte weg te houden van het voedsel, deze warmte niet kunnen gebruiken om in andere energiebehoeften te voorzien? Dat is wat het in Denemarken gevestigde verwarmings- en koelingsbedrijf Danfoss doet met warmteterugwinningseenheden die 95% van de overtollige warmte die door koelers in supermarkten wordt gegenereerd, terugwinnen en naar stadsverwarmingsnetwerken sturen. Een van de vestigingen die deze technologie gebruiken in het district Nordhavn zal centraal staan in het onderzoek van DTU, waarbij gegevens worden verstrekt om simulaties uit te voeren en te bepalen hoe deze overtollige warmte efficiënt kan worden hergebruikt door de huishoudens in het gebied.

"We zullen gegevens analyseren die zijn verzameld bij de supermarkt en 30 appartementen in de buurt en die warmteprofielen bevatten voor het overschot aan warmte, ruimtewarmte en het verbruik van warm tapwater," zegt Tiago Sousa, een post-doc onderzoeker bij DTU die deelneemt aan het project. "We zijn van plan te berekenen hoeveel overtollige warmte kan worden gebruikt door consumenten en hoe rendabel deze uitwisseling zou zijn voor zowel de supermarkt als de consumenten."

 

Zo kan overtollige warmte die door koelmachines in een supermarkt wordt geproduceerd, uiteindelijk worden gebruikt voor ruimteverwarming en warm water voor flats in plaats van in de atmosfeer terecht te komen, waar ze bijdraagt tot de opwarming van de aarde. In het Verenigd Koninkrijk bijvoorbeeld wordt geschat dat commerciële koelsystemen verantwoordelijk zijn voor ongeveer 12% van de koolstofuitstoot van het land. "Stel je het enorme aantal supermarkten voor dat we in steden hebben," zegt Sousa, "door zoveel afvalwarmte op te vangen zal dit een belangrijke maatregel worden om energie-efficiëntie te bereiken."

 

3. BEDRIJVEN DIE METAAL GIETEN

Net als bij cement worden bij metaalgieten processen toegepast waarbij temperaturen van meer dan 1000°C worden bereikt, wat grote mogelijkheden biedt om warmte te hergebruiken. Een van de casestudies waar het EMB3Rs-platform zal worden getest, is een metaalgieterij in het Verenigd Koninkrijk die momenteel niet beschikt over systemen voor de terugwinning van overtollige warmte, waardoor elk jaar 10,5 gigajoule wordt verspild. "Dat komt overeen met de energievoorziening van 30 huizen per jaar", verklaart Stuart Bradley, hoofdingenieur aan de universiteit van Warwick, die het onderzoek zal leiden.

 

"Het is een bron van warmte die op dit moment gewoon in het milieu wordt uitgestoten. Het gaat om grote afgietsels van misschien acht tot tien ton, die men gewoon op natuurlijke wijze laat afkoelen," legt Bradley uit. "We proberen een methode te ontwikkelen om de warmte op te vangen, in plaats van de afgietsels alleen maar met water of lucht af te koelen. Het EMB3Rs-instrument zal ons helpen de waarde van die warmte te begrijpen en te bepalen waar die opnieuw kan worden gebruikt.

 

Er zijn twee soorten afgietsels: een van aluminiumbrons en een van staal. Voor de productie van beide metalen zijn zeer hoge temperaturen nodig, zodat de gietstukken 1000°C kunnen bereiken wanneer ze moeten afkoelen. "We plaatsen de warmtewisselaar direct boven de gietvorm en blazen dan lucht van de gietvorm door de warmtewisselaar," zegt Bradley. "In ons geval beslist het gietbedrijf dus of het de afvalwarmte hergebruikt om het basismateriaal, de grondstof die de oven ingaat, op te warmen, of dat het de warmte omzet in elektriciteit, die over het hele land kan worden gedistribueerd."

 

4. INDUSTRIEEL AFVALWARM WATER

In landen met hoge inkomens is de industriële sector verantwoordelijk voor 59% van het waterverbruik. Fabrieken en molens gebruiken het voor verwerking, wassen, verdunnen of koeling. Het resultaat is een ongewenst bijproduct, afvalwater, dat moet worden gezuiverd om op een milieuvriendelijke manier te worden verwijderd.

 

In veel gevallen heeft dit afvalwater echter een temperatuur die hoog genoeg is om als energiebron te dienen. "Warmte kan via warmtewisselaars uit industrieel afvalwarm water worden teruggewonnen en van de producent naar de consument worden overgebracht," legt George Goumas, Senior Energy Expert bij het Centre for Renewable Energy Sources and Energy Saving (CRES), uit. "De technische en economische haalbaarheid van de uitvoering van een dergelijke maatregel zal afhangen van verschillende factoren."

 

De temperatuur waarbij afvalwater nog bruikbaar is, de afstand tussen aanbieders en consumenten, de kosten en de maximale terugverdientijd zijn enkele van de factoren die het team van Goumas gaat analyseren met behulp van het platform van EMB3R in het Tweede Industriegebied van de stad Volos, in het oosten van Griekenland. "We zullen de technische en economische haalbaarheid onderzoeken van de implementatie van een verwarmingsnetwerksysteem dat overtollige warmte die door bedrijven in dit industriegebied wordt afgeworpen, zal distribueren naar andere bedrijven met warmtebehoeften in hetzelfde industriepark," zegt hij. Verwacht wordt dat het warmteoverschot in dit gebied met industrieën die veel energie verbruiken, groter zal zijn dan de plaatselijke vraag; daarom zal in het kader van het project ook worden nagegaan of het warmtedistributiesysteem kan worden uitgebreid tot een nabijgelegen stad.

 

Volgens Goumas is dit een veilige vorm van recycling van warmwaterindustrieën die niet langer nodig zijn. "Er is geen risico voor de menselijke gezondheid aangezien de afvalwarmte die door de warmtebronnen wordt geproduceerd, via warmtewisselaars wordt overgebracht naar het leidingnet van het warmtedistributienetwerk. De afvalwarmte komt niet in contact met het water van het warmtedistributienet, omdat de warmte-uitwisseling plaatsvindt binnen warmtewisselaars met een gesloten circuit".

 

5. AFVALVERBRANDINGSOVENS

Verbranding kan helpen om de hoeveelheid afval die we op stortplaatsen storten tot 90% te verminderen. Het is ook een veilige manier om van gevaarlijke residuen af te komen. Maar heeft u er ooit aan gedacht dat het ook een vorm van elektriciteitsopwekking en warmtevoorziening is?

 

Dit is een zeer gangbare praktijk in Noorwegen, waar stadsverwarmingsnetten sterk leunen op de overtollige warmte die afkomstig is van afvalverbranding. Hoewel het nog steeds zeldzaam is in warmere landen zoals Portugal, waar er slechts één gebied is met een systeem voor stadsverwarming en -koeling (DHC): Parque das Nações, in Lissabon. Maar dit kan binnenkort veranderen. De DHC in Parque das Nações is nog steeds grotendeels afhankelijk van één conventionele brandstof, ondanks een zeer efficiënte trigeneratie-installatie, legt João Castanheira uit, CEO van Climaespaço, het bedrijf dat de faciliteiten exploiteert. "We moeten betere alternatieven vinden en een van de interessantste opties is het gebruik van overtollige warmte van een afvalverbrandingsoven die niet ver van ons terrein ligt," zegt hij.

 

"Zij verbranden afval in een ketel die stoom genereert en ze gebruiken de stoom om een turbine in beweging te brengen. Een deel van de stoom zou naar een warmtewisselaar kunnen worden gebracht, waar ze warm water zouden kunnen produceren dat gebruikt zou kunnen worden om ons energie te leveren," legt Castanheira uit. Hij gelooft dat dit proces tot 90% van de verwarmingsbehoefte van de DHC zou kunnen dekken, die in totaal 40 gigawattuur per jaar verkoopt aan veel bedrijven, openbare gebouwen en 3.000 huishoudens die zijn aangesloten op het 21 kilometer lange netwerk. Maar Climaespaço is ook op zoek naar andere potentiële leveranciers. "De verbrandingsoven is een sterke mogelijkheid, maar we rekenen op EMB3Rs om ons te helpen andere bronnen van overtollige warmte te vinden, zoals industriële installaties in de buurt", zegt Castanheira.

 

Het gebruik van al deze verborgen overtollige energiebronnen zal helpen om de energietransitie vooruit te helpen en veel CO2 te besparen.

 

Auteur: Stefania Gozzer


Over Corinna Barnstedt

Barnstedt

Corinna Barnstedt werkt als projectmanager en wetenschapscommunicator bij het European Science Communication Institute (ESCI). Ze heeft een diploma geografie en liep een journalistieke stage bij Jahreszeiten Verlag Hamburg. Ze schreef voor de wetenschapsrubrieken van verschillende kranten en begon te werken in EU-projectcommunicatie en -beheer in 2009.


Gerelateerde Inhoud