Mark van Baal
Bronswerk Heat Transfer (BHT) en Energieonderzoek Centrum Nederland (ECN) ontwikkelden en bouwden een warmtepomp, die op een wel heel bijzondere manier zorgt voor warmteoverdracht: met geluid.
ECN test de warmtepomp nu. Over een aantal jaar moeten dit soort warmtepompen de industrie bakken met energie besparen.
De Nederlandse industrie, goed voor een vijfde van het Nederlandse energiegebruik, jaagt jaarlijks met alle waterdamp uit de schoorsteen honderden petajoules aan afvalwarmte de lucht in, stelt Anton Wemmers, expert energiebesparing in de industrie bij ECN. Het nuttig hergebruiken van deze warmte in de fabriek of elders kan dus een enorm verschil uitmaken.
Conventionele warmtewisselaars – jarenlang het belangrijkste product van BHT – zijn hiervoor echter lang niet altijd geschikt. Bestaande warmtepomptechnologie, die een koelvloeistof laat verdampen en condenseren, zoals in een koelkast of een airconditioning, is niet geschikt voor de hoge temperaturen in de industrie.
ECN ontwikkelde daarom een nieuwe technologie: in een orgelpijp, zoals Wemmers het apparaat noemt, brengen geluidsgolven warmte over van het ene medium naar het andere. In de buis zit helium, onder een druk van 60 bar. Onder invloed van de industriële restwarmte ontstaat aan de ene kant van de buis een energierijke golfbeweging van het helium. Deze geeft zijn energie af aan de andere kant van de buis, waarbij de temperatuur van het medium aan deze zijde omhoog gaat. Op deze manier is, net als bij een conventionele warmtepomp, warmtetransport mogelijk van een lage naar een hoge temperatuur. De technologie van ECN kan in een heel breed temperatuurgebied opereren: van -50 tot +250 °C. Bijkomend voordeel: de warmtepomp heeft geen bewegende delen.
BHT zag wel brood in deze technologie en bouwde een prototype. Vorige week werd de orgelpijp (ongeveer 6 m lang en 0,5 m in diameter) van de BHT-fabriek in Nijkerk naar ECN in de duinen bij Petten vervoerd. Deze week gaat ECN hem testen. Het prototype moet een temperatuurlift van 60 naar 100 °C bewerkstelligen met een thermisch vermogen van 10 kW. Voor toepassing in de industrie is een vermogen van minimaal 1 MW nodig.
Simon Spoelstra, een van de ontwikkelaars, verwacht geen problemen bij het opschalen. De pijp hoeft alleen maar een grotere diameter te krijgen. Voor iedere factor tien verwacht hij twee jaar nodig te hebben. Over twee jaar wil hij een 100 kW warmtepomp testen in een industrieel bedrijf en weer twee jaar later moet er een warmtepomp met een vermogen van 1 MW kunnen worden geïnstalleerd. Een akoestische warmtepomp is niet uniek in de wereld – het principe werd in de jaren tachtig gepatenteerd – maar de schaalgrootte en toepassing in de industrie wel, zegt Spoelstra.
Aangezien warmtepompen elektriciteit gebruiken, in Joules gerekend ongeveer een vijfde van de verplaatste warmte, was er lange tijd geen business case. Aardgas was immers vele malen goedkoper dan elektriciteit. ‘Gelukkig is dat prijsverschil niet meer zo groot,’ zegt Wemmers.
Sjaak Remmerswaal, directeur van BHT, weet niet hoeveel de ontwikkeling van de akoestische warmtepomp kostte. ‘Wij hadden het lef de ontwikkelingskosten niet dood te rekenen,’ zegt hij. BHT (omzet € 50 miljoen), waar 10 van de 160 medewerkers zich met r&d bezighouden, wil continu nieuwe producten maken. Het ontwikkelde bijvoorbeeld een reusachtige ventilator voor koelinstallaties die zowel de energieconsumptie als de geluidsproductie halveert. ‘We hebben gelukkig een eigenaar die niet alleen is geïnteresseerd in het volgende kwartaal. Hij wil zijn kinderen een bedrijf met nieuwe technologie overdragen.’
De potentie voor energiebesparing in de industrie is enorm, besluit Wemmers. Alleen al in de Nederlandse papierindustrie kan hij 35 papiermachines aanwijzen, waar een warmtepomp energie en kosten kan besparen. ECN doet nu een proefproject in een fabriek van kartonfabrikant Smurfit Kappa in Roermond. De Europese industrie kan duizenden machines gebruiken, bijvoorbeeld om de energieverlies in destillatiekolommen te beperken. ‘Dit soort warmtepompen kunnen een exportproduct worden.’
