Verduurzamen van de industrie

Thema:: Verduurzamen industriële warmtehuishouding

De industrie zorgt voor veel CO2-uitstoot en (vaak inefficiënt) gebruik van grondstoffen. Dat kan op veel gebieden een stuk efficiënter en duurzamer worden ingericht. We werken aan technologieën voor hergebruik en terugwinnen van reststoffen en aan oplossingen voor een duurzamere industriële warmtehuishouding.

De keten van energie

Uit de reststromen van de industrie zijn vaak waardevolle componenten terug te winnen. Door grondstoffen optimaal te benutten en het hergebruik van afval- en processtromen sluit de kringloop van industriële processen. Daar dragen we aan bij via de ontwikkeling, opschaling en realisatie van innovatieve technologieën en systemen. De nadruk ligt op het ontwikkelen van sleuteltechnologieën zoals:

membraanscheiding
adsorptie
ionenwisseling
elektrisch aangedreven scheidingen zoals membraan capacitieve de-ionisatie (MCDI)

Meer informatie over een CO2 neutrale industrie

Bijdrage TNO

We brengen partijen als eindgebruikers, technologieontwikkelaars en leveranciers bij elkaar. De belangrijkste sectoren zijn hier chemie, voeding, papier en staal. We hebben testfaciliteiten voor scheidings- en conversietechnologieën en de vervaardiging van prototypes. We werken aan:

een praktijkproef voor het verwijderen en hergebruiken van zout uit proceswater
nanofiltratiemembranen om energiezuinig waardevolle metalen terug te winnen uit chemische processen
HybSi membraantechnologie om oplosmiddelen uit het proces te ontwateren waardoor ze geschikt zijn voor hergebruik

Technologieën in praktijk

Na succesvolle labtesten en pilots dragen we veelbelovende technologieën over aan het bedrijfsleven. Het gaat erom dat ze daadwerkelijk worden toegepast. Dat is belangrijk voor een energie-efficiënte industrie en het biedt kansen voor nieuwkomers op de markt. Zo komen verduurzaming en nieuwe bedrijvigheid samen.

Verduurzamen warmtehuishouding in industrie

Ook de warmtehuishouding moet duurzamer. De Nederlandse industrie heeft jaarlijks meer dan 500 petajoule warmte nodig, voor scheidingsprocessen, reacties of opwarmen van grondstoffen. Die warmte komt nu nog bijna volledig van fossiele brandstoffen zoals aardgas, olie en steenkolen. Terwijl regelgeving, vraag van consumenten en kostenbesparing vraagt om verduurzaming van hun processen. Via 3 routes kan dat worden gerealiseerd: procesefficiëntie, hergebruiken en opwaarderen van restwarmte en een duurzamer warmteaanbod.

1. Procesefficiëntie

Procesefficiëntie is het ontwikkelen van efficiëntie processen of ‘unit operations’ voor toepassing in bestaande en nieuwe processen. Zo realiseren we grote, stapsgewijze verlaging van het energiegebruik. Dit heeft al tot meerdere uitvindingen geleid die de industrie en het bedrijfsleven verduurzamen. Bijvoorbeeld:

HybSi® membraantechnologie voor het zuiveren van oplosmiddelen
HYSEP® waterstof scheidingsmodules

2. Restwarmte hergebruiken en opwaarderen

Energie uit de industrie komt als restwarmte in de omgeving terecht via actieve koeling, rookgassen of warmteverliezen uit de installaties. Het hergebruik van deze restwarmte zorgt voor minder energiebehoefte, verlaagt de energiekosten en vermindert uitstoot.

De uitdaging hierbij is dat het temperatuurniveau van de restwarmte vaak te laag is of de timing niet overeenkomt met de behoefte. We werken aan technologieën om dat op te lossen, bijvoorbeeld rondom effectieve warmteopslag. Ook hebben we het belang van warmtepompen voor de industriële energietransitie, samen met collega-instituten, via een whitepaper bij de EU onder de aandacht gebracht.

Download de whitepaper (pdf) (pdf)

Het hergebruiken en opwaarderen van restwarmte staat iets verder van het hart van het proces en dat maakt implementatie op korte termijn eenvoudiger. Deze oplossing is toepasbaar bij alle industriële sectoren.

3. Duurzamer warmteaanbod

Het verduurzamen van het warmteaanbod is de derde route om de warmtehuishouding in de industrie te verduurzamen. Door meer duurzame energiedragers te gebruiken bij de productie van warmte, vermindert het gebruik van fossiele energiedragers en dus ook de CO2-uitstoot.

Actuele projecten en labs

We werken aan vele projecten op op het gebied van efficiënt gebruik van energie en grondstoffen en het verduurzamen van de industriële warmtehuishouding. Ook ontwikkelen we technologieën in onze labs.

Projecten

COSMOS ontwikkelt organische oplossende nanofiltratiemembranen op goedkope keramische dragers.
HEADLINES ontwikkelt warmte-geïntegreerde destillatie die innovatieve ethyleenkrakers mogelijk maakt.
E-Champ, wat staat voor Energy-efficient Combined Heat And Mass Process, werkt aan de ontwikkeling en opschaling van een nieuwe technologie om de efficiëntie van adsorptie- en distillatieprocessen te verhogen.
EuRyDice ontwikkelt energie-efficiënte valorisatie van componenten uit processtromen, met als doel oplossingen voor het terugwinnen van zouten en organische verbindingen uit processtromen.
NWO Perspectief onderzoeksprogramma Microsync ondersteunt de ontwikkeling van efficiënte scheidingstechnologieën en koolstof membranen.
NWO Perspectief programma ReCoVR ontwikkelt nieuwe materialen nieuwe materialen en coatings voor elektrisch aangedreven scheidingstechnologieën voor het terugwinnen van waardevolle stoffen.
Het LowCapex project ontwikkelt een full-scale compressiewarmtepompsysteem dat tegen een kostprijs van 200 euro per ‘Kilowatt-thermal’ (KWth) vanuit restwarmte van 60 graden Celsius stoom van 120 graden kan produceren.
In het ENCORE project op een wat kleinere schaal (100 kWth) onderzocht hoe de leveringstemperatuur kan worden verhoogd naar 180 graden Celsius.
Het COMTA project beoogt warmte tot op 200°C te leveren met een zelf ontwikkelde TA-warmtepomp.
In het SCHP-project werken we samen met StandaardFasel aan een prototype systeem voor opwaarderen van 0,2 bar stoom naar 5 bar stoom.
In het SPOT-project wordt aan stoomcompressietechnologie gewerkt. Naast de technologie van StandaardFasel wordt ook een concept van DBS beproefd.
In het IDEA-project wordt specifiek voor droogtoepassingen een sorptiewarmtepomp ontwikkeld.
het FLEXSTEAM-project werkt TNO aan een systeem dat warmte compact opslaat bij 150°C.
Het SPOT-project onderzoekt de toepassing van gesmolten zout voor de opslag en transport van temperaturen tot ongeveer 600 graden.

Labs

Carnot lab, voor de ontwikkeling van technologie voor hergebruik van restwarmte
Mollier lab, voor de ontwikkeling van energie efficiënte droog & ontwateringsprocessen
Membraanscheidingslab, voor de ontwikkeling van energie-efficiënte membraantechnologie
Verbrandingslab, voor de ontwikkeling van duurzame verbrandingstechnologie

Industriële decarbonisatie en warmte opslag

De industrie is verantwoordelijk voor een kwart van het totale energieverbruik in de Europese Unie, waarvan meer dan 80% wordt gebruikt voor verwarmings- en koelprocessen. Het grootschalige gebruik van gas, olie, steenkool en andere fossiele brandstoffen voor industriële thermische processen leidt tot een geschatte uitstoot van broeikasgassen van 513 miljoen ton CO2-equivalent per jaar, 12% van de totale uitstoot van broeikasgassen. Industriële warmteopslag kan helpen bij het koolstofarm maken van industriële verwarming en koeling, en de flexibiliteit en veiligheid van het energiesysteem vergroten. De volledige uitrol van industriële warmte opslag maakt het mogelijk om 1.793 TWh fossiele brandstoffen te vervangen door hernieuwbare energie en/of restwarmte. Dit blijkt uit de whitepaper “Industrial Thermal Energy Storage – Supporting the transition to decarbonise industry” van TNO en partners van het EERA Joint Program Energy Efficiency in Industrial Processes.