Akkumateriaalituotantoon päästötöntä prosessihöyryä matalalämpöisestä hukkalämmöstä

Höyryvaatimukset akkumateriaalituotannossa poikkeavat monesta raskaan teollisuuden kohteesta: monissa prosesseissa höyry on matalapaineista ja lämpötila maltillinen. Tästä huolimatta sen tuotanto on edelleen monessa kohteessa sidottu polttaviin ratkaisuihin, kuten öljyyn, biopolttoaineisiin ja kaasuun.

“Kuten muuallakin teollisuudessa, akkumateriaalituotannossa pyritään tällä hetkellä vähentämään päästöjä merkittävästi. Tällä on myös usein imagollinen vaikutus yritysten toimintaan”, kuvailee Markku Lampola, Calefan tekninen päällikkö.

Lampolan mukaan polttoon perustuville ratkaisuille löytyy korvaaja niin uusiin laitoksiin kuin olemassa oleviin höyrylinjastoihin. Calefan AmbiSteam-höyryratkaisu hyödyntää prosessien ja jäähdytyksen hukkalämpöä ja tuottaa prosessihöyryä lämpöpumpulla ilman savukaasuja.

Höyryä hukkalämmöstä COP 3 hyötysuhteella

Akkumateriaalien valmistuksessa höyry ohjataan tyypillisesti suoraan itse tuotteen valmistusprosessiin ja lämpötilataso asettuu tällöin noin 110–115 °C:een.

“Lämpöpumppuratkaisulle tällainen noin 1,5 barin höyryntuotto soveltuu poikkeuksellisen hyvin. Lämpötilanosto hukkalämmöstä pysyy kohtuullisena, ja höyryntuotanto voidaan usein toteuttaa suoraan lämpöpumpulla ilman erillistä MVR-vaihetta”, Lampola kertoo.

Akkumateriaaliprosesseissa on usein merkittäviä jäähdytystarpeita, ja tarjolla on esimerkiksi noin 50-asteista hukkalämpöä. Höyrylämpöpumpun hyötysuhde määräytyy ensisijaisesti perustuen lähde- ja menolämpötilojen erotukseen, minkä vuoksi matalapaineinen höyry on vahva lähtökohta myös kustannustehokkuudelle.

“Karkeasti voidaan arvioida, että höyrylämpöpumpun hyötysuhde on tällaisissa kohteissa noin COP 3. Tarkoilla lähtöarvoilla voidaan toki laskea toteutuva hyötysuhde erittäin tarkasti ennen toteutusta”, Lampola kertoo.

Höyrylämpöpumppu kattaa höyryntuotannon peruskuorman

Lampolan mukaan AmbiSteamille luontevimpia kohteita ovat liuotusprosessit ja muut käyttöpisteet, joissa prosessia lämmitetään höyryllä tasaisella kuormalla.

“Kun höyryntuotanto keskitetään yhteiseen verkkoon, AmbiSteam kannattaa mitoittaa peruskuorman tekijäksi, sillä lämpöpumput toimivat parhaiten juuri tasaisessa, jatkuvassa käytössä”, hän kuvailee.

Kokonaisuutta voidaan halutessa myös hajauttaa järkevästi. Käytännössä tällöin lämpöpumppuja sijoitetaan lähemmäs käyttöpisteitä, jolloin pitkien höyrylinjojen määrä ja lämpöhäviöt pienenevät.

Lampola muistuttaa myös, että hukkalämpöä on usein järkevämpää siirtää putkessa kuin matalapaineista höyryä. Tämä usein helpottaa tehdasalueen putkituksen ja energiataseen optimointia.

“Lämpöpumppuja on aika helppo hajauttaa niin, että höyryä tuotetaan tuotantolaitoksessa siellä, missä sitä tarvitaan. Tällöin matalapaineista höyryä ei tarvitse kuljettaa pitkiä matkoja putkistoissa, lämpöhäviöt pienenevät ja energiatehokkuus paranee.”- Markku Lampola, tekninen päällikkö, Calefa Oy

Prosessihöyryn sähköistyessä integraatio on avainasemassa

Akkumateriaalituotannon höyryntuotantoa suunnitellessa myös uuden tuotantotavan tulee istua saumattomasti höyryverkon dynamiikkaan. Kun reunaehdot ovat selvillä, höyrylämpöpumppu voidaan integroida hallitusti osaksi kokonaisuutta ilman, että prosessin ajettavuus kärsii.

“Höyryntuotantoa hukkalämmöstä kartoittaessa selvitetään esimerkiksi, missä prosesseissa tarvitaan tasaista peruskuormaa ja missä höyryntarve voi muodostaa huippuja”, Lampola kertoo.

Teknisesti AmbiSteam on vahvimmillaan kohteissa, joissa höyryn kuormaprofiili sisältää selkeän peruskuorman, ja joissa hukkalämpöä on tarjolla kerättäväksi järkevällä lämpötilatasolla. Kun höyryntuotanto suunnitellaan alusta asti kokonaisuutena, polttoon sidotun höyryn rooli voidaan rajata huippuihin ja poikkeustilanteisiin.

“Tämä on usein se muutos, joka näkyy sekä energiataseessa että käytännön operoinnissa”, Lampola kiteyttää.