Europa se străduiește să fie primul continent din lume neutru din punct de vedere climatic până în 2050. Această declarație deschide calea pentru numeroase eforturi, reglementări, inovații și schimbări prin care trebuie să treacă oamenii și industriile europene..
Construirea unui viitor mai bun pentru societate prin neutralitatea climatică este o mare oportunitate, dar și o cale plină de provocări. Sectoare economice precum transportul, construcțiile, agricultura și industria vor juca un rol semnificativ în atingerea acestui obiectiv. Următoarea etapă a Europei este reducerea emisiilor de CO2 cu 90% până în 2040, comparativ cu nivelurile din 2019, iar acest lucru nu este deloc ușor.
Știm cu toții despre vehiculele electrice și că sunt superioare în comparație cu motoarele convenționale cu ardere internă (ICE) în ceea ce privește eficiența energetică, motoarele electrice sunt pur și simplu de 3 ori mai eficiente în comparație cu motoarele cu ardere și acesta este principalul motiv din spatele adoptării lor rapide în ultimul deceniu.
De asemenea, știm de ce anumite tehnologii, cum ar fi energia solară fotovoltaică sau generarea de electricitate cu ajutorul energiei eoliene, sunt superioare modului convențional de generare a electricității prin intermediul centralelor electrice pe bază de combustibili fosili.
Se poate argumenta că același lucru se aplică fiecărei tehnologii noi înainte ca piața să o adopte pe deplin, este mai bună, dar poate părea mai scumpă la prima vedere.
Industria europeană contribuie în prezent la aproximativ o treime din cererea finală de energie a UE și la aproximativ 20% din totalul emisiilor de gaze cu efect de seră din Europa.
Dacă vă uitați la orice industrie din prezent, necesarul de energie poate fi clasificat în două categorii:
- Electricitate pentru alimentarea liniilor de producție, a utilajelor și pentru asigurarea luminii, precum și pentru a permite echipamentelor de refrigerare și congelare să contribuie la procesul industrial.
- Combustibil fosil pentru alimentarea centralelor industriale care produc apă caldă, abur sau încălzesc indirect aerul pentru procese precum uscarea și coacerea.
În acest articol, ne vom concentra pe o tehnologie și o industrie pentru a demonstra cum putem aborda oportunitatea de decarbonizare pas cu pas.
Pompe de căldură & industria alimentară și a băuturilor
În industria alimentară și a băuturilor raportul combustibil fosil/electricitate este de aproximativ 80/20. Cea mai mare parte a combustibilului fosil utilizat este pentru alimentarea centralelor industriale care asigură încălzire pentru procesul de lucru la temperaturi care rareori depășesc 150°C.
Sectorul alimentar este cel mai ușor de decarbonizat dintre toate industriile actuale, datorită prezenței pompelor de căldură industriale care pot înlocui cu ușurință sau minimiza dependența de centralele pe bază de combustibili fosili. Fiecare stat membru are sute, dacă nu chiar mii de fabrici care furnizează alimente și băuturi populației și le exportă în alte țări.
Pompele de căldură sunt vehiculele electrice ale încălzirii; ele nu numai că oferă încălzire durabilă și pun capăt dependenței de centrale pe gaz, dar pot fi utilizate și pentru a furniza răcire, dacă sunt proiectate și integrate corect într-un proces.
Majoritatea cititorilor știu cum o pompă de căldură de 10 KW poate înlocui centralele de acasă pentru pentru a furniza apă caldă la 55°C într-un mod foarte eficient care poate oferi un randament foarte scurt al investiției și economii financiare, însă nu mulți știu cum poate funcționa într-o instalație industrială pentru a furniza apă caldă sau abur până la 150°C. Fiecare proces industrial emite căldură reziduală care este emisă în atmosferă, gândiți-vă la condensatoarele pentru sistemele de refrigerare, la turnurile de răcire, la centralele de cogenerare și la gazele de ardere, majoritatea acestora reprezentând o sursă perfectă de căldură pentru o pompă de căldură industrială la scară industrială.
De exemplu, atunci când captați căldura reziduală la 50°C și o ridicați cu ajutorul unei pompe de căldură la 100°C, atunci aveți un coeficient de performanță (COP) de 4,5 folosind R-1233zd; ceea ce înseamnă că puteți fi cu aproape 500% mai eficient decât cu o centrală industrială convențională pe gaz.
Acest exemplu reduce, minimizează sau chiar elimină utilizarea combustibililor fosili, emisiile de CO2 și furnizează procesului căldura necesară pentru obținerea produsului final, economisind în același timp OPEX*.
Există zeci de procese care pot beneficia astăzi de pompele de căldură industriale, cum ar fi sterilizarea, pasteurizarea, gătitul, uscarea, fabricarea berii, distilarea, blanșarea și multe altele în cadrul industriei alimentare și a băuturilor.
Avantajul utilizării pompelor de căldură este că este posibilă producerea de frig, ceea ce satisface nevoile de refrigerare și reduce consumul sistemelor de răcire existente.
Agenți frigorifici
Știm cu toții cum funcționează pompele de căldură: un agent frigorific absoarbe căldură pe o parte (sursă de căldură), apoi este comprimat de un compresor pentru a-i crește presiunea, iar în final căldura este evacuată pe cealaltă parte (radiator). Cu toate acestea, nu toate pompele de căldură sunt la fel.
Multe aspecte sunt neglijate, iar unul dintre acestea este selectarea lichidului de lucru (agent frigorific). Există diverse aspecte care trebuie luate în considerare înainte de a alege agentul frigorific pentru o aplicație:
- GWP* și ODP*
- Clasa de siguranță (de la neinflamabil, netoxic la foarte inflamabil și foarte toxic)
- Intervalul de funcționare (temperatura de fierbere și temperatura critică)
- Presiune de funcționare.
- Capacitatea de încălzire volumetrică.
- Eficiență.
Pentru aplicațiile industriale ale pompelor de căldură, principalii agenți frigorifici care sunt utilizați sunt:
- Amoniac: GWP foarte scăzut, clasificat ca B2L, ceea ce înseamnă că este ușor inflamabil, dar este foarte toxic la concentrații foarte mici.
- Hidrocarburi (butan, pentan, izobutan, izopentan): GWP foarte scăzut, capacitate de încălzire și eficiență bune, dar foarte inflamabile și explozive (A3).
- HFO (hidrofluoro-olefine):Cea de-a patra generație de gaze fluorurate, cu GWP și ODP foarte scăzute, fiecare HFO este proiectat pentru un caz de utilizare specific, cu un spectru de proprietăți termodinamice și de siguranță diferite. Unele dintre cele mai populare, care sunt utilizate în aplicațiile industriale ale pompelor de căldură sunt R-1234ze(E) și R-1233zd(E) sub marca Solstice® de la Honeywell.
- Apa: Acesta este, fără îndoială, singurul agent frigorific care este utilizat exclusiv pentru generarea de abur sau recompresia aburului.
Importanța siguranței
Siguranța joacă un rol uriaș în orice proces industrial; există o mare diferență între exploatarea unei pompe de căldură pentru o casă unifamilială, unde încărcătura de agent frigorific nu depășește 200 de grame, și exploatarea unei pompe de căldură pentru un proces industrial, unde încărcătura de agent frigorific începe de la 50 kg și poate ajunge la mii de kg. Într-o lume reală, în care se pot produce scurgeri, lucrurile pot scăpa de sub control dacă agentul frigorific utilizat este toxic și funcționează sub 80 bari sau este foarte inflamabil și exploziv într-un mediu care prezintă un risc de explozie, cum ar fi distilarea băuturilor spirtoase, fabrica de zahăr sau de hârtie și celuloză. Exemplul de mai sus arată că pompele de căldură pot contribui la decarbonizarea industriei alimentare. Anumite tipuri de agenți frigorifici prezintă riscuri, spre deosebire de cele clasificate ca netoxice și neinflamabile, care pot fi extrem de eficiente și sigure într-o instalație.
Concluzii
Pompele de căldură pot juca un rol esențial în decarbonizarea industriei ușoare din Europa pentru a accelera atingerea obiectivelor de emisii nete zero.
Tehnologia este gata și multe state membre oferă diferite tipuri de subvenții, fonduri și granturi pentru a sprijini industria în investiția inițială, precum și în costurile de funcționare. Pompele de căldură sunt o opțiune viabilă pentru industriile care au o instalație de cogenerare existentă pentru a-și produce propria electricitate, precum și pentru statele membre care au un raport între prețul electricității și cel al gazului (COP pompă de căldură – 1).
Exemplu: Dacă pompa de căldură are un COP de 4 și prețul electricității la gaz este de 3, atunci pompa de căldură va fi o opțiune viabilă.
Alegerea unui agent frigorific netoxic și neinflamabil sau ușor inflamabil elimină atât de multe riscuri prin care trebuie să treacă utilizatorii finali industriali dacă optează pentru un agent frigorific toxic sau inflamabil.
În cele din urmă, pompele de căldură pot fi o soluție excelentă pentru ca sectorul industrial european să devină mai competitiv, deoarece vor permite industriei să aibă o intensitate energetică mult mai scăzută pentru produsele finale și, astfel, să reducă povara costurilor energetice și să deschidă ușa pentru creșterea profitului industriei, să ofere prețuri mai competitive sau chiar să crească capacitatea de producție și să evite blocajele.
GWP : Global Warming Potential = potențial de încălzire globală.
ODP : Ozone Depleting Potential = potențial de epuizare a stratului de ozon.
OPEX : OPerational EXpense = cheltuieli de exploatare.