Afvalwarmte: terugwinning van een waardevolle hernieuwbare hulpbron

Het nieuwe platform voor warmteterugwinning, EMB3Rskan industrieën helpen de beste manieren te vinden om afvalwarmte, die normaal gesproken in het milieu terechtkomt, opnieuw te gebruiken. Dit is hoe het warmtebronnen koppelt aan putten om de koolstofuitstoot te verminderen.

Vorig jaar nog meldde CORDIS - de Informatiedienst voor communautair onderzoek en ontwikkeling van de Europese Commissie - dat energie voor veel industrieën in Europa tot 20% van de totale productiekosten vertegenwoordigt. In een tijd waarin bedrijven over de hele wereld worstelen om de huidige torenhoge energieprijzen te betalen en de bestrijding van de klimaatverandering op elke politieke agenda staat, is het vinden van een goedkope, schone en betrouwbare energiebron nog nooit zo belangrijk geweest.

Afvalwarmte is een optie die nu zeer serieus wordt genomen, met talloze door de Europese Unie gefinancierde projecten om uit te zoeken hoe deze koolstofvrije bron het best kan worden benut. Een voorbeeld hiervan is het warmte- en koudeafstemmingsplatform EMB3Rs.

In 2019 hebben onderzoekers uit heel Europa hun krachten gebundeld om EMB3Rs te ontwikkelen, een open-source, overtollige warmte/koude-hergebruik matching platform dat de kosten en voordelen bepaalt van het hergebruik van industriële afvalwarmte, die anders in het milieu terecht zou komen. Recente proeven hebben duidelijk aangetoond hoe overtollige warmte/koude van industrieën, waaronder de productie van biomassa en staal, kan worden opgevangen en hergebruikt als koolstofvrije energie in processen en diensten, zoals kaasverpakkingen en supermarkten.

Bovendien bevestigen experimenten dat teruggewonnen warmte en koude efficiënt kunnen worden gebruikt in stadsverwarmingsnetwerken. Praktijkgevallen zijn onder meer het stadsverwarmingskoudenetwerk van Climaespaço in Portugal en een stadsverwarmingssysteem in Landskrona, Zweden.

Open-source platform om warmte/koude-terugwinning op industrieel niveau te stimuleren

Nu het project ten einde loopt, is Shravan Kannan, onderzoeker aan het Zweedse Koninklijk Instituut voor Technologie (KTH), enthousiast over de toekomst van het platform. Als onderdeel van zijn doctoraat ontwikkelde Kannan de zogenaamde TEO-module (Technic Economic Optimization) van het platform, die de meest kosteneffectieve manier identificeert om verschillende technologieën te gebruiken bij warmte/koudebronnen en -putten. Net als de andere modules van het platform is dit een 'plug-and-play'-tool die alleen of in andere platforms kan worden gebruikt.

"Een van mijn belangrijkste conclusies is dat we ervoor moeten zorgen dat de tools die we ontwikkelen echt nuttig zijn voor onze industriële gebruikers. "Ik denk dat we dit hebben gedaan, en zodra we dit platform volledig hebben afgerond, kunnen we onze geleerde lessen meenemen en toepassen op nieuwe platforms. EMB3Rs biedt ook een uitstekende basis en kan heel gemakkelijk worden aangepast - mensen zullen dit platform in de toekomst kunnen aanvullen.

Kannan is ervan overtuigd dat het gebruik van EMB3Rs voor elke vorm van analyse of haalbaarheidsstudie van warmteterugwinning - zowel op industrieel als gemeentelijk niveau - nuttig zal zijn voor de aanbieders van overtollige warmte en koude, en voor de gebruikers. "EMB3Rs maakt besluitvorming op verschillende niveaus mogelijk - gebruikers kunnen bijvoorbeeld zien wat de winst zou kunnen zijn voor verschillende projecten, en vervolgens uitwerken waar de synergieën en trade-offs zijn," zegt hij.

Alle ogen gericht op EMB3Rs

Patrick Hoffmann, van de afdeling energiemarkten van het Instituut voor toekomstige energie- en materiaalstroomsystemen - Institut für Zukunftsenergie- und Stoffstromsysteme (IZES) - Saarbrücken, Duitsland, heeft de ontwikkeling van EMB3R's op de voet gevolgd en is benieuwd naar het vervolg. Zoals hij zegt: "Overtollige of afvalwarmte is koolstofvrij... en ik denk dat we de komende jaren een enorme vraag zullen zien naar platforms zoals EMB3R's die de afvalwarmtebronnen en de warmteputten kunnen samenbrengen."

Hoffmann heeft zelf vele jaren met afvalwarmte gewerkt en nam deel aan verschillende afvalwarmteprojecten, gefinancierd door het Duitse ministerie van Economische Zaken en Klimaatactie (BMWK). Daartoe behoort het project KoWa - Heat Transition in Municipal Energy Supply - dat onderzoekt hoe gemeentelijke warmtenetten in Duitsland kunnen worden aangelegd of uitgebreid, als onderdeel van de landelijke warmtetransitie.

Hoffmann organiseert sinds 2015 namens BMWK ook het jaarlijkse Afvalwarmtecongres en zoals hij benadrukt, is de belangstelling voor de terugwinning van afvalwarmte de afgelopen jaren enorm toegenomen, grotendeels als gevolg van ambitieuze klimaatregelgeving. Volgens de onderzoeker is hernieuwbare opwekking goed voor ongeveer 41% van de elektriciteit in Duitsland, maar bedraagt het aandeel hernieuwbare energie in de warmtevoorziening van het land slechts 17%. Gezien het voornemen van de Duitse Bondsregering om de uitstoot van broeikasgassen tegen 2030 met 65% te verminderen ten opzichte van 1990 en tegen 2045 klimaatneutraliteit te bereiken, moet dit verschil snel worden aangepakt.

"In de nabije toekomst komt er een landelijke warmteplanning voor Duitse gemeenten - in sommige deelstaten hebben we al een verplichte warmteplanning", zegt Hoffmann. "Afvalwarmte is koolstofdioxideneutraal - net als hernieuwbare energie - dus we zien nu een grote drang naar warmtenetten met veel hernieuwbare energie maar ook met afvalwarmte. Duitsland heeft veel financieringsprogramma's, dus velen in de industrie proberen nu de afvalwarmtebronnen te vinden."

Met dit in gedachten nam Hoffmann onlangs het EMB3Rs-platform onder de loep. Hij vond het algemene ontwerp van het platform 'zeer aantrekkelijk' en ontdekte dat het toevoegen van gegevens over nieuwe putten en bronnen zeer eenvoudig was - gebruiksgemak is cruciaal voor het succes van elk platform.

"Zodra de gegevens zijn gekozen en ingevoerd in EMB3Rs, biedt het platform een breed scala aan opties in elke module," wijst hij erop. "In de marktmodule kun je bijvoorbeeld de tijdsperiode van een simulatie instellen... en ook gedecentraliseerde markten komen aan bod - dit is allemaal geweldig."

Hoffman was ook geïntrigeerd door de TEO-module, zoals ontwikkeld door Kannan. Hij vond het vooral goed dat dit instrument rekening houdt met marktbeperkingen als gevolg van regelgeving, beschikbaarheid van warmte en belastingsprofielen, alsmede de technisch-economische kenmerken van de technologieën en investeringsplannen.

Hoop voor de toekomst

Met het oog op het toekomstige gebruik van platforms, zoals EMB3Rs, benadrukken zowel Kannan als Hoffman het belang van het gebruik van nauwkeurige gegevens om nauwkeurige resultaten te genereren. Zoals Hoffman het stelt: "Het gaat altijd om de gegevens."

Daarom benadrukt Kannan hoe hij en zijn collega's nadenken over de ontwikkeling van een vertrouwensanalysemodule die gebruikers kan helpen de nauwkeurigheid van ingevoerde gegevens te meten. Een andere interessante optie is het ontwerpen van een 'pinch analysis'-module die de warmtestroom door een industrieel proces analyseert, om het energieverbruik te minimaliseren.

Toch vraagt Hoffmann zich af hoe de beschikbaarheid van echte gegevens het gebruik van het platform zal beïnvloeden. "Naar mijn mening zal de beschikbaarheid van echte gegevens of juist realistische empirische data bepalen of en hoe intensief EMB3R's gebruikt zullen worden", zegt hij. "Hoe dan ook, op het eerste gezicht ziet het platform er veelbelovend uit. Functioneel gezien ziet alles er prima uit en aan alles lijkt te zijn gedacht."

"Ik ben nu benieuwd hoe het platform uiteindelijk zal presteren en hoe het zal worden geaccepteerd door zowel bedrijven als gemeenten", voegt hij eraan toe. Het platform zal beschikbaar zijn voor het grote publiek om het te testen kort nadat de ontwikkeling ervan tegen februari 2023 is afgerond.

Op 29 maart 2023 vond een platformtest voor geïnteresseerde belanghebbenden plaats. Meer info hier.