Στη μετάβαση της Ευρώπης στην καθαρή ενέργεια, η βιομηχανία στρέφεται στις αντλίες θερμότητας

Το τούβλο Wienerberger στο Uttendorf της Αυστρίας, στις Τιρολέζικες Άλπεις, απαιτούσε πάντα μια σταθερή ροή θερμότητας 194 βαθμών Φαρενάιτ για να στεγνώσει τα κατασκευαστικά του μπλοκ. Αυτή η διαδικασία θα ήταν μια δαπανηρή πρόταση για την εταιρεία μετά τη Ρωσία μείωση των εξαγωγών φυσικού αερίου στην Ευρώπη, όπως συνέβη για το μεγαλύτερο μέρος της ενεργοβόρας κατασκευαστικής βιομηχανίας της Ευρώπης. Όμως πριν από τέσσερα χρόνια, η Wienerberger —η μεγαλύτερη παραγωγός τούβλων στον κόσμο— έκανε μια επένδυση στο μέλλον που αποδίδει: αντικατέστησε τον λέβητα αερίου της Uttendorf με μια αντλία θερμότητας βιομηχανικής κλίμακας, η οποία μειώνει τον ενεργειακό λογαριασμό του εργοστασίου κατά περίπου 456,000 δολάρια ένα έτος.

Για δεκαετίες, οι ηλεκτρικές αντλίες θερμότητας χρησιμοποιούνται σε ευρωπαϊκά σπίτια και άλλα κτίρια για θέρμανση και ψύξη, αλλά ποτέ δεν κέρδισαν μεγάλη έλξη στην κατασκευή, η οποία έχει πολύ υψηλότερες ενεργειακές απαιτήσεις για την παραγωγή ζεστού νερού και ατμού. Και επειδή τα ορυκτά καύσιμα ήταν από καιρό σχετικά φθηνά, οι βιομηχανίες είχαν ελάχιστα κίνητρα να αντικαταστήσουν τα συστήματα που κινούνται με φυσικό αέριο και πετρέλαιο με πιο πράσινο εξοπλισμό. Τώρα, με την ανάπτυξη αντλιών θερμότητας που μπορούν να αποδώσουν θερμοκρασίες έως και 320F σε ένα κλάσμα της τιμής των λεβήτων αερίου, και με τις τιμές του φυσικού αερίου να εκτοξεύονται λόγω του πολέμου στην Ουκρανία, αυτός ο λογισμός στρέφεται στο κεφάλι του. Πολλές ευρωπαϊκές επιχειρήσεις επανεξετάζουν τις πηγές ενέργειας τους, ενώ παράλληλα μειώνουν τις εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου, μια απαίτηση της ΕΕ. Η ευρωπαϊκή βιομηχανία είναι υπεύθυνη για περισσότερο από το ένα τέταρτο των αερίων θερμοκηπίου του μπλοκ.

Οι αντλίες θερμότητας είναι 3 έως 5 φορές πιο αποδοτικές από τους λέβητες αερίου, σύμφωνα με τον Διεθνή Οργανισμό Ενέργειας.

Για να επιτύχει τους υψηλούς ενεργειακούς στόχους της και να διακόψει την εξάρτησή της από το ρωσικό αέριο, η ΕΕ δεν υπολογίζει τίποτα λιγότερο από μια επανάσταση της αντλίας θερμότητας. Σε πολλές χώρες, οι πωλήσεις αντλιών θερμότητας — κυρίως για οικιακή χρήση — διπλασιάστηκε το πρώτο εξάμηνο του 2022. Στη Γερμανία, τον μεγαλύτερο καταναλωτή ρωσικού φυσικού αερίου στην Ευρώπη, η ζήτηση εκτινάχθηκε 52 τοις εκατό πέρυσι, ενώ η ανάπτυξη σε ολόκληρη την ΕΕ το 2021 ήταν 35 τοις εκατό. Εν τω μεταξύ, μια κάπως λιγότερο προαναγγελθείσα μετάβαση στις αντλίες θερμότητας για την κατασκευή κερδίζει ταχύτητα. Η Wienerberger, για παράδειγμα, εγκαθιστά παρόμοιες αντλίες στα χυτήρια τούβλων της στην Ολλανδία, το Ηνωμένο Βασίλειο, την Πολωνία, τη Ρουμανία και αλλού στην Αυστρία.

«Πριν από πέντε χρόνια, οι περισσότερες εταιρείες δεν γνώριζαν σχεδόν τίποτα για τις αντλίες θερμότητας», λέει η Veronika Wilk, ανώτερη ερευνήτρια μηχανικός στο Αυστριακό Ινστιτούτο Τεχνολογίας. «Τώρα οι εταιρείες τα γνωρίζουν και όλο και περισσότερες αντλίες θερμότητας εγκαθίστανται στη βιομηχανία».

Μια αντλία θερμότητας συμπίεσης μπορεί να ζεστάνει και να δροσίσει τον αέρα. Το χειμώνα, αυξάνει τις εσωτερικές θερμοκρασίες αφαιρώντας τη θερμότητα από το νερό, από τα βάθη της γης ή από τον εξωτερικό αέρα, στη συνέχεια ανεβάζει τη θερμοκρασία του χρησιμοποιώντας μικρή ποσότητα ηλεκτρισμού και μετακινεί αυτόν τον αέρα σε εσωτερικούς χώρους. Ακόμη και αέρας τόσο κρύος όσο 10 F περιέχει αρκετή ενέργεια για να εξάγει μια αντλία θερμότητας και να αυξήσει τη θερμοκρασία της. Το καλοκαίρι, οι ηλεκτρικές αντλίες θερμότητας χαμηλώνουν τις εσωτερικές θερμοκρασίες αφαιρώντας τη θερμότητα από τον εσωτερικό αέρα και μεταφέροντάς τον έξω. Οι αντλίες θερμότητας απορρόφησης λειτουργούν όχι με ηλεκτρική ενέργεια αλλά με μια πηγή θερμότητας, η οποία θα μπορούσε να είναι φυσικό αέριο, αλλά θα μπορούσε επίσης να είναι νερό που θερμαίνεται από τον ήλιο ή ακόμη και να σπαταλήσει θερμότητα από κέντρα δεδομένων ή υπονόμους. Φέρνουν αυτή τη θερμότητα σε μια «χρήσιμη» θερμοκρασία και στη συνέχεια την παρέχουν είτε ως ζεστό αέρα είτε ως ζεστό νερό.

Ανάλογα με τον τρόπο με τον οποίο κινείται η θερμότητα - σε εσωτερικούς ή εξωτερικούς χώρους - τα έμβολα της αντλίας θερμότητας είτε συμπιέζουν είτε διαστέλλουν ένα ρευστό, προκαλώντας τη θέρμανση ή την ψύξη του, αντίστοιχα. Επειδή οι αντλίες θερμότητας μετακινούν μόνο υγρά, μπορεί να είναι περισσότερο από δύο φορές πιο ενεργειακά αποδοτικές από τους θερμαντήρες που καίνε καύσιμο.

Σύμφωνα με τον Διεθνή Οργανισμό Ενέργειας (IEA), οι αντλίες θερμότητας είναι τρεις με πέντε φορές πιο αποτελεσματικό από το φυσικό αέριο. Και αν λειτουργούν με ηλιακή, αιολική, υδροηλεκτρική ενέργεια ή σπατάλη θερμότητας, δεν έχουν καθόλου εκπομπές.

Σε αντίθεση με τις οικιακές αντλίες θερμότητας, των οποίων τα εξωτερικά εξαρτήματα είναι περίπου στο μέγεθος ενός πλυντηρίου, οι βιομηχανικές εκδόσεις - τόσο μεγάλες όσο ένα σπίτι - μπορούν να εκμεταλλευτούν τη σπατάλη «ενέργειας διεργασιών» από τα εργοστάσια για να αυξήσουν τη θερμοκρασία του νερού σε πάνω από 374 F. Στα εργοστάσια Wienerberger, για παράδειγμα, τα στεγνωτήρια τούβλων καταναλώνουν τεράστιες ποσότητες ενέργειας, με τον θάλαμο ξήρανσης να απελευθερώνει κυρίως υδρατμούς. Αυτό συμπυκνώνεται σε ζεστό νερό. Στη συνέχεια, οι αντλίες θερμότητας ανεβάζουν τη θερμοκρασία του από περίπου 104 F σε περίπου 194 F και το επιστρέφουν στη διαδικασία στεγνώματος. Επειδή η πηγή ενέργειας για την αντλία θερμότητας είναι η ίδια η απορριπτόμενη θερμότητα, αυτή η ακολουθία καταναλώνει σχεδόν 80 τοις εκατό λιγότερη ενέργεια από ό,τι όταν η μονάδα λειτουργούσε με αέριο.

Η ΕΕ βλέπει τη δημιουργία αντλιών θερμότητας ως κρίσιμης σημασίας για τον στόχο της να μειώσει τις εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου.

«Το σύστημα είναι ένας κλειστός βρόχος», λέει ο Johannes Rath, επικεφαλής τεχνολογίας της Wienerberger. «Επειδή ξεκινάμε με υψηλότερες θερμοκρασίες, έχουμε υψηλότερες θερμοκρασίες» από αυτές που παράγονται από οικιακές αντλίες.

Πρωτότυπες αντλίες θερμότητας κατασκευασμένες σε Νορβηγία λειτουργούν ήδη σε περίπου 356 F και οι ειδικοί αναμένουν από τους μηχανικούς μέσα σε μια δεκαετία να σχεδιάσουν τεχνολογία που θα φτάνει σε θερμοκρασίες πέραν των 392 F. Αυτή η πρόοδος θα άνοιγε όλο και περισσότερες διεργασίες στους ενεργοβόρους τομείς χημικών, χαρτιού, τροφίμων και διυλιστηρίων στην τεχνολογία αντλιών θερμότητας.

Αυτού του είδους οι αντλίες θερμότητας βαρέως τύπου χρησιμοποιούνται σε ξενοδοχεία, εστιατόρια, ζαχαροπλαστεία, αποθήκες, πισίνες, θερμοκήπια, χημική παραγωγή και στην ξήρανση υλικών όπως το χαρτί και το άμυλο. Οι αντλίες θερμότητας απορρόφησης είναι ιδιαίτερα κατάλληλες για εγκαταστάσεις που χρησιμοποιούν τόσο θέρμανση όσο και ψύξη.

Η Φινλανδική εταιρεία Kiilto, για παράδειγμα, κατασκευάζει χημικά προϊόντα, όπως κόλλες, για τον κατασκευαστικό τομέα. Το εργοστάσιό του στο Lempäälä χρησιμοποιεί μια υβριδική βιομηχανική αντλία θερμότητας για την ανάκτηση θερμότητας από τις επιτόπιες διαδικασίες ηλεκτρικής ψύξης, καθώς και από μια κοντινή γεωθερμική πηγή, για να ανεβάσει θερμοκρασίες έως και 167 F.

Μια γερμανική δεξαμενή σκέψης εκτιμά ότι μια ευρεία μετατροπή σε αντλίες θερμότητας θα μπορούσε να μειώσει τη χρήση φυσικού αερίου στην ΕΕ κατά 32% σε 5 χρόνια.

Στο ζαχαροπλαστείο Mars Wrigley στην Ολλανδία, το μεγαλύτερο εργοστάσιο σοκολάτας στον κόσμο, η αντλία θερμότητας εξάγει και ενισχύει την κατά τα άλλα αχρησιμοποίητη θερμότητα των καυσαερίων από τις ψυκτικές μονάδες του, παράγοντας νερό τόσο ζεστό όσο 145F. Το νερό διοχετεύεται μέσω του δικτύου σωληνώσεων του εργοστασίου για να διατηρεί ζεστά τη σοκολάτα και το σιρόπι. Η τεχνολογία μείωσε τους λογαριασμούς ενέργειας του εργοστασίου κατά 6 τοις εκατό και εξοικονόμησε το εργοστάσιο περίπου 26 terajoules σε αέριο — που ισοδυναμεί με την ποσότητα ενέργειας που καταναλώνουν 625 ευρωπαϊκά νοικοκυριά. Μια δεύτερη αντλία θερμότητας θερμαίνει το νερό για καθαρισμό στους 176 F, παρέχοντας επιπλέον εξοικονόμηση 12.25 terajoules.

Το νερό είναι μια άλλη βιώσιμη πηγή θερμότητας. Inntal Nursery (Γερμανικά) στη Βαυαρία της Γερμανίας χρησιμοποιεί υπόγεια ύδατα από πηγάδια κοντά στον ποταμό Inn και μια αντλία θερμότητας νερού-αέρα περίπου στο μέγεθος μιας δεξαμενής Sherman για τη θέρμανση 30,000 τετραγωνικών μέτρων θερμοκηπίων όλο το χρόνο. Το νερό αντλείται στην αντλία θερμότητας, ενισχύεται στους 95 F, στέλνεται μέσω του συστήματος ενδοδαπέδιας θέρμανσης, στη συνέχεια ψύχεται και επιστρέφει στο ποτάμι.

Ένας πρόσφατος μετασχηματιστής είναι ο γερμανικός χημικός γίγαντας BASF, ο οποίος έχει προσλάβει τη MAN, μια γερμανική εταιρεία μηχανικών γνωστή για τα φορτηγά και τα λεωφορεία της, για να κατασκευάσει τη μεγαλύτερη αντλία θερμότητας στον κόσμο στις εγκαταστάσεις της BASF στο Ludwigshafen στη δυτική Γερμανία. Το σύστημα, το μέγεθος ενός συμβατικού σταθμού ηλεκτροπαραγωγής, θα εκμεταλλευτεί τη σπατάλη θερμότητας των διαδικασιών ψύξης για να παράγει 150 τόνοι ατμού ανά ώρα, αποτρέποντας έτσι περίπου 390,000 τόνους διοξειδίου του άνθρακα ετησίως από το να φτάσουν στην ατμόσφαιρα.

Όσον αφορά τις Ηνωμένες Πολιτείες, μια έκθεση δείχνει ότι η επέκταση των οικιακών αντλιών θερμότητας σε μονοκατοικίες θα μπορούσε να μειώσει τις εκπομπές του ενεργειακού τομέα κατά 14%.

Εκτός από τα οφέλη μιας πιο αποτελεσματικής λειτουργίας, οι εταιρείες με διεργασίες χαμηλών εκπομπών άνθρακα μπορούν επίσης να μειώσουν το κόστος των εκπομπών CO2, για τις οποίες χρεώνονται ανά τόνο μέσω του Συστήματος Εμπορίας Εκπομπών της Ευρωπαϊκής Ένωσης. Σε περίπου 92 $ ανά μετρικό τόνο διοξειδίου του άνθρακα - τιμή Δεκεμβρίου - η εξοικονόμηση είναι σημαντική.

Η ΕΕ θεωρεί τη δημιουργία αντλιών θερμότητας, τόσο για βιομηχανικά όσο και για μη βιομηχανικά κτίρια, ως κρίσιμη για τον στόχο της να μειώσει τις εκπομπές αερίων θερμοκηπίου κατά τουλάχιστον 55 τοις εκατό πριν από το 2030. Η πρωτοβουλία της REPowerEU στοχεύει να επισπεύσει την αντικατάσταση έως και το ένα τρίτο απο 150 εκατομμύρια θερμικοί λέβητες σε χρήση με αντλίες θερμότητας. Ένας αυξανόμενος αριθμός αντλιών θερμότητας μεγάλης κλίμακας θα παρέχει είτε ατμό είτε ζεστό νερό στα δίκτυα τηλεθέρμανσης, όπως γίνεται σε όλη τη Νορβηγία, τη Σουηδία και τη Δανία. Η σύνταξη φιλικών προς το κλίμα οικοδομικοί κώδικες, η χρήση ανακυκλωμένου υλικού στην κατασκευή κτιρίων, η εγκατάσταση μόνωσης τελευταίας τεχνολογίας και η ενίσχυση της εξοικονόμησης ενέργειας θα μπορούσαν να ενισχύσουν περαιτέρω την εξοικονόμηση ενέργειας.

Η γερμανική δεξαμενή σκέψης Agora Energiewende εκτιμήσεις ότι μια ευρεία μετατροπή σε οικιακές και βιομηχανικές αντλίες θερμότητας, σε συνδυασμό με μέτρα απόδοσης, θα μπορούσε να μειώσει τη χρήση φυσικού αερίου στην ΕΕ κατά 32 τοις εκατό σε πέντε χρόνια. Μαζί με την αύξηση της παροχής υγρού φυσικού αερίου, αυτό θα μπορούσε να εξαλείψει πλήρως την ανάγκη της Ευρώπης για ρωσικό αέριο. Και καθώς οι πρόοδοι στην τεχνολογία βιομηχανικής κλίμακας επιτρέπουν στις αντλίες θερμότητας να φτάσουν σε θερμοκρασίες 932 F στο εγγύς μέλλον, η δεξαμενή σκέψης προβλέπει, η ηλεκτρική ενέργεια μπορεί να υποκαταστήσει το αέριο ακόμη ευρύτερα.

Σε πρόσφατα δημοσιευμένο χαρτί, ο Διεθνής Οργανισμός Ενέργειας εκτιμά ότι η ΕΕ θα μπορούσε να περιορίσει 65 δισεκατομμύρια δολάρια από τις εισαγωγές φυσικού αερίου της εάν το μπλοκ ως σύνολο στραφεί σε αντλίες θερμότητας — για οικιακή, εμπορική και βιομηχανική χρήση. Υποστηρίζει ότι μέχρι το 2050, οι αντλίες θερμότητας θα καλύπτουν τις περισσότερες από τις ανάγκες θέρμανσης και ψύξης του κόσμου.

Η ΕΕ και τα εθνικά κίνητρα και επιδοτήσεις αναμένεται να επιταχύνουν τη μετάβαση της ευρωπαϊκής βιομηχανίας. Η Wienerberger, ο κατασκευαστής τούβλων, για παράδειγμα, αναμένει να πληρώσει 2.72 έως 3.26 εκατομμύρια δολάρια ανά τεμάχιο για νέα συστήματα αντλιών συμπίεσης σε όλη την Ευρώπη, εκ των οποίων οι επιδοτήσεις θα καλύπτουν το 20 έως 40 τοις εκατό του κόστους. Θα λειτουργούν με ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται από ηλιακούς συλλέκτες.

Όσο για τις Ηνωμένες Πολιτείες, οι οποίες βασίζονται σε μεγάλο βαθμό στα ορυκτά καύσιμα για θέρμανση, μία έκθεση δείχνει ότι η επέκταση των οικιακών αντλιών θερμότητας σε μονοκατοικίες θα μπορούσε να μειώσει τις εκπομπές κατά 142 εκατομμύρια μετρικούς τόνους ετησίως, μειώνοντας τις εκπομπές του ενεργειακού τομέα κατά 14%. Για τους ιδιοκτήτες σπιτιού στις ΗΠΑ, μια τυπική αντλία θερμότητας με πηγή αέρα λειτουργεί μεταξύ περίπου $ $ 3,500 να 7,500. Ο νόμος του προέδρου Τζο Μπάιντεν για τη μείωση του πληθωρισμού παρέχει επιδοτήσεις και φορολογικές πιστώσεις έως και 30 τοις εκατό της τιμής μιας εγχώριας αντλίας θερμότητας (ή περισσότερο για νοικοκυριά χαμηλού και μέτριου εισοδήματος). Ο νόμος επιτρέπει κίνητρα για βιομηχανικές εγκαταστάσεις επισης. Αλλά για πολλούς στις ΗΠΑ, το επενδυτικό κόστος εξακολουθεί να αποτελεί σημαντικό εμπόδιο, ακόμη και με τις επιδοτήσεις.

Στην Ευρώπη, ωστόσο, ο ενθουσιασμός για αυτήν την τεχνολογία - σε σπίτια, εμπορικά κτίρια και βιομηχανία - είναι εμφανής. Στα περισσότερα μέρη, υπάρχει αναμονή ενός έτους για να εγκατασταθεί μια αντλία θερμότητας.

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://www.greenbiz.com/article/europes-clean-energy-transition-industry-turns-heat-pumps