The Heat Is On: warmte-innovatie voor CO2-reductie
In de agrofoodsector, de papierindustrie en de fijnchemie is 40 tot 80% van de CO2-uitstoot gerelateerd aan het opwekken en inzetten van warmte. Het Institute for Sustainable Process Technology (ISPT) nam daarom het initiatief tot het innovatieprogramma The Heat is On. In een casegerichte aanpak werken bedrijven en kennisinstellingen aan een innovatief procesontwerp voor ontwatering, droging en warmte-integratie. Dit leidt naar verwachting tot verhoging van de energie-efficiëntie en een CO2-reductie van meer dan 3 Mton in 2030.
The Heat Is On laat zien dat het mogelijk is om complexe materie cross-sectoraal aan te pakken
ISPT programmadirecteur Peter de Jong spreekt van een uitdagend project met een groot aantal partners uit de papierindustrie, de agrofood sector en de chemie. "Het is organisatorisch best ingewikkeld, maar het is de moeite waard. Er is een hele positieve sfeer waarin men van elkaar wil leren en inspiratie opdoen." Bovenal laat The Heat Is On volgens De Jong zien dat het mogelijk is om complexe materie cross-sectoraal aan te pakken. "Dat is juist hier heel zinvol. Efficiënte inzet van warmte in productieprocessen is een generiek, pre-competitief onderwerp dat je in veel sectoren op veel plekken tegenkomt."
Aan The Heat Is On nemen 20 bedrijven en instellingen deel. Het budget is 5 miljoen euro, waarvan 2,9 miljoen subsidie uit het meerjarige missiegedreven innovatieprogramma 'Een CO2-vrij industrieel warmtesysteem' (MMIP7). Het is gericht op het versnellen van innovatie via een case-based aanpak langs drie hoofdlijnen. De eerste is de toepassing van technologieën die de te verwijderen hoeveelheid water bij drogen en verdampen met zo'n 10% kan reduceren, zoals innovatieve mechanische ontwatering en high solids processing. Dan zijn er innovatieve warmte-integratie concepten die de energiebehoefte tot wel 50% kunnen verlagen. Ten slotte gaat de aandacht uit naar slimme digitalisering van de procesvoering, dat tot zo'n 10% energiebesparing kan leiden.
Doorbraaktechnologie
Een van de cases uit het project betreft papierfabriek Crown Van Gelder waar men onder andere geïnteresseerd is in het concept van superheated steam drying, aldus Martin van de Pol, coördinator Energie en Milieu. "We hebben de afgelopen jaren al veel voorbereidingen getroffen op het gebied van warmtepompen en we gaan vermoedelijk in 2022 als een van de eerste papierbedrijven een elektrische boiler installeren. Maar we zien ook dat dit niet genoeg is om in 2030 de 50% reductie te halen die de EU en Nederland van ons verlangen en die we ook in ons bedrijfsbeleid hebben opgenomen. Daarom zijn we op zoek naar doorbraaktechnologie waarmee we extra stappen kunnen zetten in CO2-reductie." Crown Van Gelder wil haast maken met het identificeren van opties die technisch haalbaar zijn. De volgende vraag is hoe veel tijd de implementatie vergt en welke investeringen nodig zijn. Uiteindelijk moeten die voldoende renderen, al zijn ook andere argumenten van belang, zegt Van de Pol: "Naast het feit dat stijgende gasprijzen en CO2-heffingen onze huidige procesvoering steeds duurder maken, zien we ook dat onze klanten om duurzame producten vragen. En de druk vanuit de maatschappij neemt toe. Kijk maar naar de klimaatzaak van Urgenda, en Milieudefensie dat Shell voor de rechter heeft gedaagd."
Complexe warmtehuishouding
Ook Tejin Aramid is een van de partners in The Heat Is On. In Emmen verwerkt het bedrijf het aramide polymeer PPTA tot vezels en garens. De site kent een complexe warmtehuishouding waarin grote hoeveelheden geconcentreerd zwavelzuur en water een belangrijke rol spelen. Het sterke zuur, essentieel voor de verwerking van het polymeer, raakt in de loop van het proces een factor tien verdund. Het weer watervrij maken vergt veel energie, aldus Hans Meerman, Principal Scientist bij de afdeling procestechnologie van het Teijin Aramid's Research & Innovatie centrum in Arnhem. Hij legt uit dat het niet alleen om de verdampingswarmte van het water gaat, maar ook warmte die nodig is om zuur en water te scheiden. Diezelfde oploswarmte komt weer vrij bij de verdunning van het zwavelzuur, maar dat is lage-temperatuur warmte. "Die willen we graag effectief benutten", aldus Meerman. "Dat geldt ook voor de warmte in het verdampte water, de condensatiewarmte. We zijn dus op zoek naar een systeem voor warmte-integratie dat verschillende temperatuurniveaus op de thermodynamisch meest gunstige manier kan koppelen."
In The Heat Is On werkt Tejin Aramid samen met de Hogeschool Rotterdam. "Het helpt ons de wereld van de warmtetransitie te doorgronden. Men is er heel goed op de hoogte en er is veel ervaring met concrete projecten." Ook het contact met andere bedrijven vindt Meerman waardevol, zelfs al gaat het om hele andere branches: "Schaalgrootte, vermogens en temperatuurverschillen zijn allemaal vergelijkbaar." Daarnaast gaat het om het inpassen van nieuwe technologie in de bestaande brownfield omgeving in Emmen. "Zoiets lukt alleen via een intensieve samenwerking met kennispartners, engineers en leveranciers. Die omgeving vinden we bij The Heat Is On."
Snel resultaten behalen
Projectcoördinator De Jong geeft aan dat bij deze en andere cases uit The Heat Is On twee belangrijke invalshoeken te onderscheiden zijn. Bij technologie die nog in de kinderschoenen staat ligt de focus vanzelfsprekend bij het verhogen van het technology readiness level (TRL). Bij reeds beschikbare technologie richt het programma zich op het verhogen van de innovatiebereidheid en het realiseren van impact bij de industriële partners, met aandacht voor aspecten als de integratie in het totale warmtereductieplan en de ontwikkeling van geschikte businessmodellen. Complementair aan deze twee invalshoeken kent The Heat Is On een benadering gericht op het vergroten van de operationele slagkracht van de deelnemende bedrijven. Dit behelst bijvoorbeeld de ontwikkeling van online leeromgevingen en de oprichting van Learning Communities. Dit allemaal met het doel de opname en implementatie van inzichten uit het project te versnellen. Want dat is waar het om gaat, aldus De Jong: "De behoefte van de industrie staat centraal, en de focus is op het zodanig toepassen van kennis dat we snel resultaten kunnen behalen."
Digital twinning
Bij The Heat Is On is ook aandacht voor digital twinning, waarbij een volledig digitale kopie van het proces wordt gemaakt. Gecombineerd met real time sensordata biedt zo'n digital twin veel inzicht in de mogelijkheden voor procesoptimalisatie. Dat biedt ongekende mogelijkheden om de effecten van integratie van technologische innovaties effectief te voorspellen, zowel met het oog op de operationele kosten als de productkwaliteit. Peter de Jong: "Dat laatste is vooral van belang als maatregelen voor energiebesparing en emissieverlaging ingrijpen in het primaire productieproces. Bedrijven hebben dat zodanig geoptimaliseerd dat ze een goed product maken dat onderscheidend is in de markt. Dat willen ze graag zo houden. Digital twinning biedt zicht op de invloed van de innovatie op de procescondities, en daarmee op de producteigenschappen."
