Wärmepumpen werden immer beliebter und erobern die große Industrie

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Wärmepumpen für Privathaushalte verdienen viel Anerkennung dafür, dass sie den Dekarbonisierungszug vorantreiben, aber Systeme im Eigenmaßstab sind für industrielle Prozesse, die Dampf benötigen, nicht gewachsen. Das US-Energieministerium war auf der Suche nach einer Lösung und hat gerade eine 145-Millionen-Dollar-Wette für eine neue Generation von dampferzeugenden Wärmepumpen abgeschlossen, die wie ein Dolch in das Herz von mit fossilen Brennstoffen betriebenen Kesseln zielen.

Wer könnte industrielle Wärmepumpen nutzen?

Die moderne Industriewirtschaft steckt voller Dampf. Zusätzlich zu den riesigen Kesseln, die Dampf für die Netzverteilung erzeugen, sind Vor-Ort-Kessel unter anderem häufig in medizinischen Einrichtungen, Brauereien, Brennereien, Stoff- und Papierfabriken sowie Lebensmittelverarbeitungsbetrieben zu finden.

Das ganze Kochen erfordert viel Energie und eine Menge Umweltverschmutzung, die sich auf viele kleine und große Emittenten verteilt.

Im Jahr 2010 schlug die US-Umweltschutzbehörde schließlich Regeln für Heizkessel vor GebietsquelleneinrichtungenDabei handelt es sich um eine Anlage, die jährlich weniger als 10 Tonnen für eine einzige toxische Emission oder weniger als 25 Tonnen für zwei produziert, wobei Quecksilber zusammen mit Feinstaub und Kohlenmonoxid als Ersatz für eine Reihe von Schadstoffen eingesetzt wird.

Der Vorschlag umfasste Anlagen zur Verbrennung von Kohle, Öl oder Biomasse. Auf gasförmige Brennstoffe wie Erdgas und Propan sowie verschiedene Arten fester Abfälle verzichtete man vorerst. Für diejenigen unter Ihnen, die Zeit zum Lesen haben, finden Sie Links zu allen Kesselvorschriften der EPA, einschließlich größerer Kesselvorschriften Hier.

Dampfreinigung mit Wärmepumpen

Der Punkt ist, dass es in der Dampferzeugungsindustrie viele bewegliche Teile gibt und die Reinigung eine Weile dauern wird. Ein Weg besteht natürlich darin, neue strombasierte Prozesse zu entwickeln, die überhaupt nicht auf Dampf angewiesen sind. Allerdings werden Alternativen benötigt, wenn eine direkte Elektrifizierung unpraktisch, zu teuer oder unmöglich ist.

Aus diesem Grund hat das Energieministerium entschieden, dass sich die Investition in industrielle dampferzeugende Wärmepumpen lohnt, und hat das Energy-as-a-Service-Startup Skyven Technologies damit beauftragt, die Räder in Gang zu bringen.

Skyven startete 2013 mit einem anfänglichen Fokus auf Neues Solarthermische Technologie für den industriellen Einsatz. Sie verdanken dieser Erfahrung die Gelegenheit, einen persönlichen Blick auf Hunderte von einzigartig unterschiedlichen Fabriken in den USA zu werfen, was sie dazu inspirierte, eine Wärmepumpenlösung zu entwickeln, die breit einsetzbar, aber individuell zugeschnitten ist.

Skyvens Beitrag auf diesem Gebiet ist „Arcturus“, eine Reihe industrieller dampferzeugender Wärmepumpen, die zur Rückgewinnung von Niedertemperatur-Abwärme aus industriellen Prozessen entwickelt wurden. Die Wärmepumpe erhöht die Temperatur der zurückgewonnenen Wärme so weit, dass sie in einem Kessel Dampf erzeugen kann. Skyvent gibt an, dass es hinsichtlich Temperatur, Druck und Qualität mit der Leistung herkömmlicher Gaskessel mithalten kann.

Strom kostet im Allgemeinen mehr als Gas, aber Skyvent gibt an, dass seine Wärmepumpen mit der dreifachen Effizienz von Gaskesseln arbeiten, was zu niedrigeren Kosten führt.

Dieses Effizienzelement ist wichtig, da es Skyvent ermöglicht, die Differenz zwischen Strom- und Gaskosten zu überwinden.

Arcturus ist auch als Drop-in-Dekarbonisierungslösung konzipiert, die während des Betriebs einer Anlage installiert und später während geplanter Wartungsperioden angeschlossen werden kann.

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145 Millionen US-Dollar für mehr und größere Wärmepumpen

Skyven scheint bereits ein erfolgreiches Verkaufsargument zu haben, und die Biden-Harris-Regierung hat es am 25. März noch erfolgreicher gemacht, als das US-Energieministerium eine neue Finanzierungsrunde in Höhe von 6 Milliarden US-Dollar ankündigte Industrielle Dekarbonisierung. Das Energieministerium beauftragte Skyven mit der Leitung eines 145-Millionen-Dollar-Wärmepumpenprojekts mit dem Titel „Dampferzeugende Wärmepumpen zur sektorübergreifenden Tiefendekarbonisierung.“

Die Einzelheiten der Auszeichnung müssen noch ausgehandelt werden, aber wenn alles nach Plan läuft, dann Skyvens Heat-as-a-Service-Modell Dadurch entfallen die Vorlaufkosten für den Austausch eines herkömmlichen Gaskessels durch eine elektrische Wärmepumpe und gleichzeitig werden die mit Gaskesseln verbundenen Stickoxide, Schwefeloxide und Partikel beseitigt.

Wie das Energieministerium feststellte, verbraucht Prozesswärme mehr Energie als jede andere Einzelnutzung in der Fertigung und ist für 31 % der energiebedingten Emissionen im US-amerikanischen Fertigungssektor verantwortlich. „Die Elektrifizierung von Prozesswärmetechnologien bietet ein enormes Potenzial zur Dekarbonisierung“, betonen sie.

„Durch den Einsatz dieser Technologie in mehreren Sektoren würde Skyven sein Fachwissen und die wirtschaftliche Machbarkeit dieser Technologielösung unter Beweis stellen, die bei verschiedenen Herstellern, die Wärme nutzen, reproduziert werden kann“, stellt das Energieministerium fest.

Es gibt noch keine Informationen darüber, wie viele Anlagen durch den Zuschuss des Energieministeriums abgedeckt werden, aber Skyven schätzt, dass der Zuschuss von 145 Millionen US-Dollar dazu führen wird, dass in den USA jedes Jahr mehr als 400.000 Tonnen Kohlendioxidemissionen vermieden werden.

Zum Vergleich schätzt die EPA, dass ein typischer Pkw produziert 4,6 Tonnen CO2 pro Jahr.

Dekarbonisierung der Industrie, eine Fabrik nach der anderen

Interessenvertreter im Bereich der fossilen Brennstoffe haben sich bereits damit abgefunden, dass sie im gesamten Transportsektor, einschließlich Flugzeugen, Lastkraftwagen, Lokomotiven, Bussen und Booten sowie Personenkraftwagen, Märkte verlieren. Auch der Wohnsektor schwächelt, wobei Wärmepumpen bei der Elektrifizierung von Gebäuden eine wichtige Rolle spielen.

Als nächstes stehen industrielle Prozesse an, und Skyven zielt nicht nur darauf ab, die Emissionen am Ort der Nutzung zu reduzieren. In der Standard-Kohlenstoffbilanzierung handelt es sich lediglich um Scope-1-Emissionen, d. h. Emissionen, die ein Unternehmen in seinen Anlagen erzeugt und die durch Elektrifizierung auf Null reduziert werden können. Skyven strebt auch Scope 2 an, der die Emissionen abdeckt, die von der Stromquelle erzeugt werden, und sie sind nicht allein.

Skyven ist Mitglied der Kooperation für erneuerbare Wärmedie sich selbst als „führende Koalition von Organisationen bezeichnet, die sich für den Ausbau der erneuerbaren Wärme- und Kältetechnik in ihren Anlagen und eine drastische Reduzierung der CO2-Emissionen einsetzen“.

„RTC-Mitglieder erkennen die wachsende Nachfrage und Notwendigkeit nach erneuerbarer Wärme und Kühlung und die dringende Notwendigkeit, diese Nachfrage auf eine Weise zu decken, die nachhaltige, kostenwettbewerbsfähige Optionen in großem Maßstab bietet.“

RTC hat einen strategischen Ansatz gewählt, der von großen Stromkunden inspiriert wurde, die ihre Marktmacht organisiert haben, um „die Preise zu senken, den Zugang zu vereinfachen und den Einsatz erneuerbarer Technologien auszuweiten“. Das ist wahrscheinlich ein Hinweis auf die Verband der Käufer sauberer Energiedie berechnet, dass ihre Mitglieder freiwillig Verträge über Kapazitäten für erneuerbare Energien im Wert von mehr als 52 Gigawatt in den USA abgeschlossen haben, um bis 2030 ein „90 % CO2-freies US-Stromsystem“ zu erreichen.

Angesichts seines Fokus auf thermische Prozesse verfolgt RTC einen umfassenderen Ansatz, der Biomasse, Biogas, Geothermie, Deponiegas, erneuerbare Elektrifizierung, erneuerbarer Wasserstoff und Solarthermie umfasst.