Hoe kunnen we proceswarmte duurzamer maken?
Alle opties openhouden
Naarmate 2024 vordert, neemt de urgentie toe waarmee we onze decarbonisatiedoelstellingen moeten behalen. Het besef dat er misschien maar zes jaar is om de ergste gevolgen van klimaatverandering te voorkomen, is ontmoedigend. Voor de industrie, met haar complexe variaties, staat het koolstofvrij maken van het leveren van proceswarmte hoog op de agenda. Het is geen toeval dat bijna elke industriële installatie afhankelijk is van fossiele brandstoffen om aan de vraag naar thermische energie te voldoen. Ze zijn relatief goedkoop, gemakkelijk op te slaan en leveren de stoom die nodig is voor industriële processen. Tot nu toe hadden alternatieve opties moeite om op alle drie de fronten te concurreren. Maar nu hernieuwbare energiebronnen sneller groeien dan ooit, beginnen dingen te veranderen.
En met de energietransitie van fossiele brandstoffen naar deze meer aanvaardbare bronnen, veroorzaakt dat vaak onzekerheid voor de industrie. Wat is de juiste weg om de uitstoot onmiddellijk te verminderen? Welke technologieën zijn de investering waard en kunnen snel worden geïmplementeerd?
Stoomopwekking wordt al lang erkend als een belangrijke factor in de uitdaging van decarbonisatie. Het uitfaseren van fossiele brandstoffen en het omarmen van koolstofvrije, of koolstofarmere, alternatieven is het overkoepelende doel. Sommige zijn hernieuwbare of koolstofarmere brandstofbronnen, zoalsthermische zonne-energie, biomassa, waterstof en biogas. Sommige zijn methoden die duurzamer zijn om warmte terug te winnen, op te slaan of over te dragen, zijn, thermische warmteopslag, warmtepompen en elektrische boilers die werken op hernieuwbare energiebronnen. Deze zijn elk in een ander stadium van commerciële gereedheid.
De haalbaarheid hiervan moet worden beoordeeld op basis van de beschikbaarheid van grondstoffen, de regelgevingdie lokaal van kracht is en hun vermogen om aan de vraag te voldoen. Voor thermische zonne-energie is bijvoorbeeld een regio met veel zonlicht nodig, terwijl er voor biomassa speciale energiegewassen nodig zijn, zoals maïs.
Deze variabiliteit betekent dat in sommige gevallen de beste oplossing voor emissie-arme, kosteneffectieve stoomopwekking op korte termijn zal zijn om de conventionele middelen te vervangen door een flexibele combinatie van gasgestookte waterstofgeneratoren en elektrische stoomgeneratoren.
Het gebruik van meer dan één technologie kan de flexibiliteit vergroten die wordt geboden door over te schakelen van de ene op de andere brandstof, afhankelijk van de relatieve prijs. Hoewel dit de installatie en het onderhoud van extra capaciteit met zich meebrengt, kan de waarde van de overschakeling op een andere brandstof opwegen tegen de extra uitgaven.
Niet alle boilers vertrouwen op één energiebron om warmte te produceren op middelmatige temperatuur. Hybride ketels of ketels met twee systemen die zowel op elektriciteit als op aardgas kunnen werken, zijn overal verkrijgbaar. Als de ketel wordt gebruikt ter vervanging van een conventionele ketel op fossiele brandstof, is het mogelijk om te profiteren van hernieuwbare elektriciteit als die beschikbaar is, terwijl aardgas zorgt voor continuïteit.
Dit is waarschijnlijk het voordeligst als de bestaande ketel het einde van zijn levensduur bereikt of groot onderhoud nodig heeft. Timing is cruciaal, aangezien veel boilers een lange levensduur van meer dan 30 jaar hebben.
Er zijn nog andere bezwaren tegen hybride boilers. De kosten zijn tot 50% hoger dan die van een conventionele gasketel en dit wordt op de korte termijn mogelijk niet terugverdiend door energiebesparingen. Recente trends in de energievoorziening laten echter een gunstiger beeld zien van de elektriciteitskosten in vergelijking met aardgas. Dit kan leiden tot snellere terugverdientijden voor dual-fuel en hybride ketels.
Naast de directe opwekking van stoom wordt de opslag van thermische energie een steeds belangrijker onderwerp. Thermische batterijen maken het mogelijk om energie op te slaan wanneer dat het minst duur is. Die warmte wordt uren of dagen opgeslaan en weer vrijgegeven wanneer dat nodig is. Zehebben dus niet de dure, schaarse grondstoffen nodig waar de meeste andere batterijen van afhankelijk zijn.
Sommigen gebruiken zelfs beton of koolstof in een eenvoudige geïsoleerde container om energie als warmte op te slaan.
Thermische energie-opslag (TES) heeft nog een ander voordeel: het kan gemakkelijk worden aangepast aan bestaande industriële processen. Koolstof, bijvoorbeeld, kan warmte leveren van meer dan 1.500C, met een hoge energiedichtheid die deze warmte kan opslaan met een zeer kleine voetafdruk. Aangezien wind- en zonne-energie-installaties op enige afstand kunnen worden aangesloten met minimale efficiëntieverliezen, hebben thermische batterijen het potentieel om te concurreren op het gebied van kosten, opslag en levering, wat zo lang het voordeel van fossiele brandstoffen is geweest.
Om het TES-potentieel te helpen, beginnen bedrijfsleiders aan proefprojecten, waarbij TES-technologieën in reële omgevingen worden gebruikt. Deze helpen bij de ontwikkeling door kritieke factoren voor succes te identificeren en potentiële uitdagingen aan te gaan. Dergelijke projecten zullen uiteindelijk de schaalbaarheid en levensvatbaarheid van de technologie bevorderen. Ook de samenwerking tussen industriële partners en academische instellingen ondersteunt de ontwikkeling en diversificatie van TES-opties, stimuleert innovatie en verbetert de TES-marktpositie.
Nu de energiemarkt blijft evolueren in de richting van meer duurzaamheid, ziet de hybride aanpak er gunstig uit. De industrie moet een evenwicht vinden tussen betrouwbaarheid en emissiereductie. Hoewel fossiele brandstoffen, met name gas, waarschijnlijk nog minstens tien jaar een rol zullen spelen in de energiemix, is de keuze niet langer een eenvoudig of/of dilemma naarmate hernieuwbare bronnen blijven groeien.
Hou mij op de hoogte
Dit vind je misschien ook leuk
Pathways to Decarbonised Steam
The versatile nature of steam's use in industry means every industry will need to choose its own route to decarbonisation.
Broken-Record Record-Breaking
Klimaatverandering verandert onze manier van praten, voelen en handelen. Wekijken achter de krantenkoppen en geloven dat er reden is voor optimisme. Neem deel aan de discussie.
Thermal Energy Storage
The need for an increased reliance on renewable energy regularly surfaces as we try to combat climate change.