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Jul 11, 2023

Die großen Wärmepumpen verwandeln Gas

Von Johnny Wood

In einer zunehmend digitalen Welt ist unsere zunehmende Abhängigkeit von Bildschirmen ein unheilvolles Zeichen für Papierhersteller, da der Verbrauch von Zeitungs-, Schreib- und Druckpapier zurückgeht. Die Nachfrage nach minderwertigem Verpackungs-, Verpackungs- und Haushaltspapier nimmt jedoch weiter zu und steigt jährlich um 2 %.

Laut der Internationalen Energieagentur (IEA) war die Zellstoff- und Papierproduktion im Jahr 2021 für 2 % der weltweiten CO₂-Emissionen der Industrie verantwortlich, und die Produktion wird voraussichtlich bis 2030 weiter steigen, was wichtige Fragen zur langfristigen Nachhaltigkeit der Branche aufwirft.

Hier kommen Wärmepumpen ins Spiel. Zukunftsorientierte Gerätehersteller erweitern die herkömmlichen Wärmepumpenkonstruktionen, die in Privathaushalten verwendet werden, um zur Dekarbonisierung gasintensiver Industrien wie Zellstoff und Papier beizutragen.

Die Papierherstellung erfordert intensive Hitze, um im Trocknungsprozess große Mengen Wasser zu verdampfen: Wärme, die wiederverwendet und nicht verschwendet werden kann. Die Trocknung macht mehr als zwei Drittel der Energie aus, die bei der Papierherstellung verbraucht wird.

Der Ausbau der Wärmepumpentechnologie ermöglicht es Papierherstellern, große Mengen an Niedertemperatur-Restwärme aus der Produktion zu nutzen und sie für den Trocknungsprozess bei hohen Temperaturen wiederzuverwenden.

Turboden, ein Unternehmen der Mitsubishi Heavy Industry (MHI)-Gruppe, hat mit einem führenden europäischen Unternehmen der Zellstoff- und Papierindustrie einen Vertrag über die Entwicklung einer maßgeschneiderten Großwärmepumpe (LHP) unterzeichnet, die Hochtemperaturdampf ohne CO₂-Emissionen in der Produktion erzeugen kann Verfahren.

Mithilfe von flüssigem Kältemittel wird die LHP-Technologie von Turboden in einen mechanischen Dampfkompressor integriert, um minderwertige Wärme im Bereich zwischen 10 und 12 °C in überhitzten Dampf von mehr als 200 °C umzuwandeln, der für die Papierherstellung benötigt wird.

Das LHP überträgt Wärmeenergie von der Niedertemperatur-Wärmequelle in einen Wärmetauscher und wandelt dabei eine natürliche Kältemittelflüssigkeit in Gas um. Der Kompressor überträgt Energie auf das Gas, wodurch dessen Temperatur und Druck weiter ansteigen. Die Wärme aus dem unter Druck stehenden Kältemittelgas wird dann freigesetzt und kann zum Erhitzen des Kondensats in überhitzten Dampf genutzt werden, während das Kältemittel beim weiteren Abkühlen durch Druckentlastung in die flüssige Form zurückkehrt und der Kreislauf von neuem beginnen kann.

Das Projekt ist auch ein Treffen zweier Unternehmen der MHI-Gruppe, bei dem das Branchen-Know-how von Turboden mit dem Fachwissen und der Erfahrung der Mitsubishi Heavy Industries Compressor Corporation zusammengeführt wird, um ein saubereres und effizienteres Wärmeversorgungssystem zu entwickeln.

Die Kombination dieser beiden Technologien würde dem europäischen Zellstoff- und Papierunternehmen helfen, jährlich bis zu 23.200 Tonnen CO₂ aus seinem Heizprozess zu reduzieren.

Für gasintensive Industrien wie Zellstoff und Papier bietet die Kombination von LHP- und Dampfkompressortechnologien eine effiziente Möglichkeit, die mit der thermischen Stromerzeugung verbundenen industriellen Treibhausgasemissionen zu reduzieren. Laut dem Bericht der EHPA/Cepi-Arbeitsgruppe könnten diese beiden Technologien den Energieverbrauch zum Trocknen von Papier mehr als halbieren.

Alternative Bemühungen, die Papierherstellung energieeffizienter zu gestalten, konzentrieren sich auch auf die Verbesserung des Papiertrocknungsprozesses. Ein Konsortium technischer Universitäten in den Niederlanden arbeitet an der Entwicklung nicht-thermischer Wasserentfernungstechnologien auf der Grundlage elektrischer Kräfte, stellt die IEA fest.

Auch in Deutschland und Skandinavien wird an der Entwicklung von Methoden zur wasserfreien Papierherstellung geforscht, allerdings ist es noch ein langer Weg, bis solche Lösungen in großem Maßstab eingesetzt werden können.

Laut einer gemeinsamen Arbeitsgruppe der European Heat Pump Association (EHPA) und der Confederation of the European Paper Industries (Cepi) decken Wärmepumpen derzeit etwa 10 % des industriellen Endenergiebedarfs in Regionen wie Europa. Dies trägt dazu bei, die Energieeffizienz zu steigern und die Emissionen in vielen Industriesektoren zu senken, indem die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen verringert wird.

Die Stahlerzeugung ist ein weiterer wärmeintensiver, schwer zu reduzierender Industriezweig, in dem die Wiederverwertung von Abwärme zu enormen Effizienzsteigerungen und Emissionsreduzierungen führen kann. Turboden arbeitet außerdem an einem weiteren Projekt zur Entwicklung einer LHP-Lösung für Ori Martin in der italienischen Stahlindustrie. Turboden hat eine LHP-Lösung für das Stahlwerk Ori Martin in der norditalienischen Region Lombardei entwickelt. Die große Wärmepumpenlösung wandelt Niedertemperatur-Restwärme aus dem Kühlkreislauf des Elektrolichtbogenofens in Druckwasser um, das das Fernwärmenetz der nahegelegenen Stadt Brescia mit Strom versorgt.

Schwankende Erdgaspreise, das globale Streben nach Nachhaltigkeit zur Bekämpfung des Klimawandels, Fortschritte in der Technologie und andere Faktoren sorgen zusammen für große Begeisterung über das zukünftige Potenzial nachhaltiger und effizienter LHP-Lösungen.

Erfahren Sie mehr über die Großwärmepumpentechnologien von MHI

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Johnny Wood

Johnny Wood ist seit über 15 Jahren als Journalist in verschiedenen Teilen der Welt tätig – Asien, Europa und dem Nahen Osten. Er ist nicht nur ein versierter Feature-Autor, sondern auch Herausgeber mehrerer renommierter Lifestyle-Magazine und Unternehmenspublikationen.

ZellstofffraktionHalbierung des industriellen EnergiebedarfsDas Potenzial von Wärmepumpen in anderen Industriezweigen
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