Gjør gull av spillvarme

Tanken bak et nytt prosjekt er å utnytte de relativt store mengdene med energi som industrien kvitter seg med i form av spillvarme, fordi den har “feil” temperatur i forhold til behovet i produksjonen. Med andre ord skal energien gjenbrukes og oppgraderes via varmepumper, slik at den kommer til nytte.

Prosjektet som har fått navnet Heat-up, har derfor fått med seg en rekke industripartnere, som Statoil, Statkraft, Tine, Vedde AS, Hydro og Mars Petcare for å nevne noen.

– Det var nesten kamp om å få delta i dette NFR-prosjektet, sier Michael Bantle i SINTEF. Han er en av forskerne som nå skal sørge for en industriell energi-boost. Bokstavelig talt.

– Bakgrunn for interessen er vel en felles forståelse at kull, olje og gass er begrensete ressurser som påvirker klima. Derfor forsøker vi å finne nye teknologier som delvis kan erstatte forbrenningsbasert energi. Vi kan ikke bare fortsette å sløse bort olje, gass, kull, eller elektrisitet om vi har mulighet til erstatte dem med miljøvennlige alternativer, som for eksempel oppgradert spillvarme, sier forskeren.

Varmepumpe-trapp

I dag benyttes både olje- og gassfyring eller elektrisitet for å få opp temperaturen i en rekke industrielle prosesser. Om varmepumper kan overta jobben, vil det gi et etterlengtet miljøløft som også vil gi grønne tall på bunnlinja.

Det betinger at forskerne klarer å “oppgradere” spillvarme-vann som holder fra 50 til 100 grader til over 150 ᵒC.

– Vi har planen klar om hvordan det skal gjøres, sier energiforskeren. Det kan hende vi til og med drister oss til å sikte mot 250 grader, men det er litt tidlig å si.

Et av tiltakene blir å “seriekoble” varmepumper, slik at man kan ta oppvarmingen i flere trappetrinn. Det krever imidlertid ny kunnskap og ny teknologi:

Effektiviteten til et anlegg kan bedres på ulike måter. En ejektor som vist på bildet kan bidra til reduserte tap ved gjenvinning av kinetisk energi fra trykkreduksjon i anlegget. Foto: Christina Benjaminsen VIS MER

– Nå skal vi utvikle anlegg basert på naturlige arbeidsmedier, som butan, pentan, propan, ammoniakk, CO₂ eller helt enkelt vann. Målet er å finne ut hvilke medium som egner seg best i de ulike temperatursjiktene, samtidig med å bidra til å fase inn naturlige kuldemedier. Alle er jo enige i at for eksempel vann verken er en farlig klimagass eller er dyrt, sier Bantle.

Tine skal kutte klimautslipp med 30 prosent

Kim Andre Lovas i Tine jobber med energioptimalisering av de industrielle prosessene hos Tine, som er en av deltakerne i prosjektet:

– Vi har satt oss et ambisiøst mål om å redusere våre klimagassutslipp med 30 prosent innen 2020. Miljøutfordringene krever at Tine leter etter nye løsninger og satser på ny teknologi, sier Lovas.

En av de mest energikrevende prosessene i Tine er tørking og framstilling av melkepulver som for eksempel WPC-80. (Et proteinkonsentrat, red adm.)

– Her ser vi at varmpepumpe-teknologi har et stort potensial. Å innføre ny teknologi krever store investeringer for oss, og man må ha kunnskapen på plass i forkant. Derfor er samarbeid med forskningsmiljøene svært viktig for oss, sier Lovas.

Lego for (veldig) voksne

Energiforsker og prosjektleder Petter Nekså i SINTEF er opptatt av at det ikke skal utvikles én, men mange løsninger i Heat-up.

Forskeren forklarer: Ulike industriprosesser har ulike varmebehov. Statkraft vil for eksempel ha behov for å oppgradere spillvarme til bruke i fjernvarme, kanskje ved 70 ᵒC, mens en næringsmiddelbedrift vil trenge å oppgradere spillvarmen til lavtrykksdamp ved 120 ᵒC, som er en viktig innsatsfaktor for ulik tørketeknologi.

– Målet vårt er å skape en slags grunnmur med komponenter som kan settes sammen etter behov etter lego-prinsippet – og dermed foreta den oppgraderingen som er nødvendig for de ulike industrielle prosessene, sier Nekså.

Ser til bilindustrien

En del av planen er å “stjele” litt teknologi fra bilindustrien i jakten på det perfekte varmepumpesystem:

I en varmepumpe spiller kompressoren en viktig rolle. Årsaken er at det er trykket som tilføres som gjør at arbeidsmediet stiger i temperatur – og som gjør at varmepumpen pumper energien fra lav til høy temperatur. (Eller kulde, om den reverseres – som i et kjøleskap.)

“Hver dieselbil er i dag utstyrt med en liten turbokompressor. Hvis vi klarer å tilpasse den teknologien til f. eks. kompresjon av vanndamp, så kunne man oppvarme eksempelvis 50 passiv-hus med en 20 kilogram kompressor” – Forsker Michael Bantle.

I moderne dieselbiler er motoren utstyrt med en turbokompressor. Denne brukes til å komprimere luft, før lufta går inn i forbrenningen. Det gjør at motoren får mer kraft og dermed større evne til akselerasjon.

– Det er en teknologi som vi ønsker å modifisere og teste ut. Ikke minst fordi dette er en gjennomtestet komponent som også masseproduseres. Dessuten forventer vi at den kan produseres til en brøkdel av kostnaden for dagens kompressorer forklarer Michael Bantle.

Selv om dette høres enkelt ut, vil det kreve mye forskning. Men forskerne er sikre på at de skal klare å skape et varmegjenvinningssystem som både har lav kostnad, høy effektivitet og er kompakt.

Om vi lykkes med denne type kompressor-teknologi vil det gjøre det mulig å redusere kostnadene til industrien med flere millioner kroner per anlegg. Det betyr at industrien kan redusere produksjonskostnadene sine, spare energi og samtidig bruke miljøvennlig (grønn) teknologi.