Grotere netcapaciteit en hogere temperaturen zijn vaak nodig om een warmtepomp toe te kunnen passen in de industrie. Het Scandinavische energiebedrijf Aneo ontwikkelde daarom een industriële warmtepomp die restwarmte omzet in stoom met een temperatuur tot 150 graden Celsius. Met deze warmtepomp kunnen fabrikanten hun CO2 uitstoot terugdringen en elektrificeren zonder een grotere stroomaansluiting nodig te hebben.

Aneo is als energieleverancier voornamelijk bezig met het plaatsen en beheren van windparken en waterkrachtcentrales. Maar zo’n vier jaar geleden begon het bedrijf ook na te denken over manieren om industriële processen te elektrificeren zonder dat daar een grote elektriciteitsvraag bij komt kijken.

De warmtepomp die zij ontwikkelden maakt gebruik van restwarmte die bij verschillende productieprocessen vrijkomt, warmt deze op en zet het om in hete stoom. Die stoom kan dan weer opnieuw gebruikt worden in het productieproces.

De aanlevertemperatuur van die restwarmte kan tussen de 20 en 90 graden Celsius zijn, maar zal meestal rond de 40 graden Celsius liggen. De warmtepomp waardeert dit op tot stoom van 80 tot 90 graden Celsius. Door met compressors de druk op te voeren, tot 5 bar, kan de stoom temperaturen tot 150 graden Celsius bereiken.

Omdat dit grote sprongen in temperatuur zijn, kan dat vaak niet behaald worden met één warmtepomp. In de warmtepompinstallatie worden meerdere warmtepompen (in cascade) gebruikt. Één warmtepomp heeft een capaciteit van 1,5 tot 5 megawatt, in cascade kan de capaciteit tot 20 megawatt gaan.

Afhankelijk van de temperatuurstijging varieert de COP tussen de 3 en 5. Volgens Bantle zouden er in principe nog hogere temperaturen behaald kunnen worden, maar dan wordt de COP zodanig laag en de technologie zo complex dat een elektrische boiler goedkoper en efficiënter is.

Emissievrij
Omdat de warmtepomp gebruikmaakt van restwarmte kost het produceren van de stoom relatief weinig elektriciteit. Volgens Aneo neemt de energie-efficiënte met 60 tot 80 procent toe en neemt de CO2-uitstoot met 90 tot 100 procent af. Volgens Michael Bantle, technisch en algemeen directeur van Aneo, biedt de warmtepomp op die manier de mogelijkheid voor bedrijven om hun productieproces te elektrificeren zonder een grotere elektriciteitsaansluiting nodig te hebben.

Daarnaast maakt de warmtepomp gebruik van het natuurlijke koudemiddel ammoniak, wat volgens Bantle al erg gebruikelijk is in Noorwegen. “In Noorwegen hebben we een sterke lobby voor natuurlijke koudemiddelen, al voor zo’n twee decennia. Dus het zou moeilijk zijn om een project te starten zonder natuurlijk koudemiddel in Noorwegen. Daarom hebben we een sterke focus op natuurlijke koudemiddelen, wij zien het als toekomstbestendig.”

Volgens Bantle zijn de belangrijkste redenen voor producenten om voor de stoomwarmtepomp te kiezen om hun emissies (en daarmee CO2-belasting) terug te dringen, energie-efficiënter te worden, minder netcapaciteit te gebruiken en om natuurlijke koudemiddelen te gebruiken. Potentieel kan het ook de energiekosten omlaag brengen, maar dat hangt erg af van de elektriciteitsprijzen.

Toepassingen
Volgens Aneo is deze warmtepomp bij uitstek geschikt voor de voedingsmiddelenindustrie, de cellulose- en papierindustrie en voor de chemische industrie. Dat komt omdat de warmtepomp goed gebruikt kan worden voor processen als drogen, sterilisatie en thermische behandelingen: technieken die in deze industrieën vaak gebruikt worden.

De mogelijkheden die de warmtepomp biedt, sluiten dan ook aan bij de specificaties van deze sectoren. Die sectoren hebben vaak restwarmte met temperaturen van 20 tot 40 graden Celsius en hebben temperatuurbehoeften die hoger zijn dan 100 graden Celsius. “Dus onze warmtepomp kan matchen met die restwarmte en het opwaarderen tot zo’n 150 graden Celsius, dus eigenlijk vult de warmtepomp dat gat in tussen de benodigde temperatuur en de restwarmte”, zegt Bantle.

Energy as a service
Aneo gebruikt een energy as a service-model. “Dat houdt in dat wij er verantwoordelijk voor zijn dat de warmtepomp werkt en dat de klant verantwoordelijk is voor het leveren van de restwarmte en dat zij de stoom aannemen”, legt Bantle uit.

De klant betaalt dan ook niet voor de warmtepomp zelf, maar alleen voor de energie die deze levert. Zo is Aneo als het ware terug bij de rol van energieleverancier. Ook zijn er technische vaardigheden nodig voor het gebruik en onderhoud van de warmtepomp die fabrieken niet zomaar in huis hebben. Omdat Aneo verantwoordelijk blijft voor de werking van de warmtepomp kan die op een juiste manier worden aangestuurd en daarmee optimaal presteren.

“Daarbij zijn warmtepompen vrij prijzig. Wij financieren het eigenlijk zelf, zo bespaart de klant op een grote investering op voorhand”, vertelt Bantle verder. “Wij hebben een bewezen concept en kunnen dus laten zien hoe het werkt. En als het niet werkt betaal je niet voor de energie. Dus zo delen we het technische risico en de financiering.” Op deze manier kunnen onzekerheden worden weggenomen bij de klant, die de techniek nog niet goed kent en anders een grote investering zou moeten doen.

Pilot in Felleskjøpet
De eerste stoomwarmtepomp werd geïnstalleerd in Felleskjøpet Agri in het Noorse Trondheim, een producent van diervoeding. “Zij hadden haast om iets te doen met hun restwarmte en ze waren bereid om extra werk te doen om te warmtepomp op zijn plek te krijgen, het te integreren en om hun productieproces aan te passen zodat het door een warmtepomp gestuurd kan worden.” 

In deze pilot wordt volgens Aneo 60 tot 70 procent van de restwarmte afgevangen en omgezet in bruikbare warmte. Zo zou de energievraag afgenomen zijn met 67 procent en wordt daarmee jaarlijks 5 gigawatt bespaard.

Bantle: “We zien dat dit concept goed bruikbaar is voor Felleskopjet, maar iedereen die diervoeding produceert kan als het ware dit type warmtepomp gebruiken. We werken daarom nu ook aan een gestandaardiseerde versie waarvan we hopen dat die geïntegreerd wordt in verschillende fabrieken in Europa.”