Flexibele en efficiënte elektrificatie van de industrie
In 2050 moet Nederland volledig klimaatneutraal zijn. De industrie zet daarom stappen om te elektrificeren waarbij de elektriciteit moet komen van variabele duurzame bronnen als zon en wind. “Flexibiliteit en efficiëntie worden daardoor een noodzaak”, zegt Sikke Klein, deeltijd hoogleraar op het gebied van gasturbines aan de TU Delft en werkzaam als Technology Manager Energy bij Nobian. Hij heeft zich op persoonlijke titel verdiept in wat er nodig is om de industrie te elektrificeren en geeft in dit artikel zijn visie.
“Voor de industrie is het belangrijk om de warmtebehoefte te elektrificeren. Warmte wordt bij veel processen ingezet, denk aan drogen, scheidingsprocessen, kristallisatie of bijvoorbeeld het opwarmen naar reactietemperatuur. De meeste bestaande installaties in de procesindustrie zijn ontworpen volgens het principe van warmtecascadering: De warmte wordt op hoge temperatuur opgewekt in een fornuis, ketel of WKK-installatie. Vervolgens wordt de warmte gebruikt voor een proces. De restwarmte die daarbij vrijkomt – dit is een lagere temperatuur – kan opnieuw worden ingezet bij een ander proces. Hiermee wordt de warmte-inhoud van de energie optimaal gebruikt. Uiteindelijk is de restwarmte van een dusdanig laag niveau dat deze niet meer (economisch) kan worden hergebruikt, met het lozen ervan via koelwater of koeltorens tot gevolg. Bij het streven naar 100% duurzame productieprocessen moet goed worden gekeken naar deze warmtecascadering aangezien de kosten van aardgas en CO2 alleen maar zullen stijgen: is voor alle processen warmte nodig? En hoe kan de warmte zo slim mogelijk worden gebruikt inclusief de opwaardering van warmte?”
Roadmap
Uiteindelijk willen we komen tot een CO2-vrije industrie. “Iedereen roept dat dit haalbaar is, maar tegelijkertijd is het ook ontzettend moeilijk om dit te realiseren omdat de industrie erg energie-intensief is. Als je ziet hoeveel CO2-reductie er nog nodig is, is er eigenlijk nog maar bitter weinig tijd om zaken aan te pakken. Daarom is het noodzakelijk meteen stappen in de goede richting te zetten.” Dit gebeurt nog niet altijd. “Wat ik vaak zie, is dat veel bedrijven denken dat ze met kleine verbeteringen er ook zullen komen terwijl een structurele en soms ook rigoureuze aanpak nodig is. Elk bedrijf zou daarom een roadmap moeten maken om uiterlijk in 2050 CO2 vrij te zijn. De productieprocessen moeten daarbij efficiënt en flexibel worden.”
Goedkoop is duurkoop
Maar wat betekent dat concreet? “Bij veel bedrijven zijn het hoofdproces en de utilities waaronder bijvoorbeeld het ketelhuis, twee entiteiten die los van elkaar worden gezien. Het ketelhuis draait momenteel vaak op aardgas. Investeren in een e-boiler om helemaal van het aardgas af te gaan of wachten op waterstof lijken makkelijke opties maar zijn op de lange termijn zeer dure opties, zeker als ze op baseload gaan opereren. Wanneer de gegenereerde warmte niet op de meest efficiënte manier wordt gebruikt, gooi je onnodig veel geld weg. Daarom is het belangrijk om eerst in het kernproces na te gaan hoe je door het aanbrengen van wijzigingen energie kunt besparen en deze intern kunt hergebruiken. Alleen de utilities aanpakken lijkt dus een gemakkelijke maar is tegelijkertijd ook een dure oplossing omdat je veel elektriciteit nodig hebt. Onderzoeken waar energiebesparing mogelijk is in combinatie met slimme elektrificatie zoals proces geïntegreerde warmtepompen is veel kansrijker.”
Flexibiliteit
Daarnaast is flexibiliteit inbouwen een noodzaak. “Van duurzame energiebronnen als wind en zon weet je dat deze niet altijd beschikbaar zijn. De energie uit deze bronnen is op bepaalde momenten heel schaars, denk aan een mistige decemberdag, waardoor de energieprijzen de pan uit rijzen. Óf de energie is eenvoudigweg niet voorhanden. Als bedrijf zul je moeten nadenken hoe je op dergelijke situaties kunt anticiperen. Dit kan op drie manieren of combinaties hiervan. Ten eerste kun je je productie flexibiliseren door op bepaalde momenten meer te produceren en op momenten van schaarste af te schalen. Daarnaast kun je mogelijk warmte of elektriciteit opslaan in buffers. Hoe meer flexibiliteit je in je proces en in je buffers kunt inbouwen, hoe meer optionaliteit je als bedrijf hebt om mee te bewegen met de fluctuaties van de wind en zonne-energie. Als derde optie kun je natuurlijk ook niets ondernemen en in perioden van schaarste de hoofdprijs voor elektriciteit betalen, maar dat zal in veel gevallen een dure optie zijn zeker als je deze elektriciteit inefficiënt gebruikt.”
Goed begrijp van kernproces
“Mijn tip aan bedrijven is om echt kritisch naar de productieprocessen te kijken. Er is vaak veel meer mogelijk dan men in eerste instantie denkt. We zijn met z’n allen namelijk nog behoorlijk vastgeroest in het volcontinu produceren en de warmtevoorziening komt voornamelijk vanuit stoom. Maar met stijgende CO2 prijzen en volatiele energieprijzen zul je toch veel flexibeler moeten zijn. Een goed begrip van je kernproces is de eerste stap, in combinatie met een pinch-analyse. Mogelijk zal de efficiënte en flexibele elektrificatie van je installatie leiden tot rigoureuze wijzigingen en forse investeringen. Voor de lange termijn is dat in veel gevallen de beste optie. Helaas zijn deze grote aanpassingen en investeringen een drempel voor veel bedrijven. Enige durf bij bedrijven in combinatie met het juiste overheidsbeleid is nodig, maar zonder durf wordt een CO2-vrije industrie helaas een utopie.”