Varmepumper kan hjælpe industrien mod klimamål

Fødevareindustri, dampvaskerier og andre typer virksomheder har brug for ny teknologi, hvis de skal mindske CO2-udledningerne fra deres processer og for alvor yde et bidrag til Folketingets klimamål om 70 procent færre udledninger af drivhusgasser i 2030.

– Mange industrier bruger naturgas og andre fossile brændsler. Der er eklatant behov for teknologiske alternativer for at sikre et markant lavere forbrug af fossile brændsler, fastslår chefkonsulent Richard Schalburg fra Dansk Energis ELFORSK-program på baggrund af anbefalingerne fra flere af klimapartnerskaberne og regeringens seneste klimaudspil, hvor der også er fokus på grøn el til industrien.

Arla Foods er en af de virksomheder, der har brug for alternativer til naturgas, hvis klimaaftrykket skal ned. Procesvarme er afgørende for Arla Foods og mange andre virksomheder. Omkring to tredjedele af det samlede energiforbrug i den danske industri vedrører procesvarme (se figur), og en betydelig del af det hænger på højtemperaturprocesser. Cirka en tredjedel af det samlede forbrug af procesvarme ligger i området op til 200 grader celsius.

Elektrificering via højtemperaturvarmepumper er en af de muligheder, Arla Foods kigger på:

– Vi betragter ikke højtemperaturvarmepumper som velafprøvet teknologi. Der findes leverandører, men de kan ikke give de nødvendige garantier for, at deres anlæg holder i mange år. Hvis der kommer en velafprøvet løsning ved 110-120 grader, vil det for alvor have potentialet til at skifte naturgassen ud, når vi producerer ost og konsummælksprodukter på vores mejerier, hvorimod der kræves væsentlig højere temperaturer ved produktion af tørrede pulverprodukter, siger energy manager Bent Aage Kristensen fra mejerikoncernen.

Branchechef Helle Juhler-Verdoner fra Intelligent Energi påpeger, at industrien nu skal i gang med at regne business cases for brændselsskift og energi-effektiviseringspotentiale.

– Her er højtemperaturvarmepumper en løsning, der kan realiseres inden 2030. Derfor skal der satses på udvikling og afprøvning nu, ellers vil industriens investeringsvindue risikere at blive anvendt på dyrere og mindre energi-effektive løsninger, siger Helle Juhler-Verdoner.

– Derfor er det afgørende, at regeringens – i øvrigt fornuftige udspil til klimahandlingsplan – udbygges med en fokuseret satsning på udvikling og afprøvning af højtemperaturvarmepumper til industriens processer, fastslår hun.

Naturlige kølemidler er et must

ELFORSK har i mange år støttet udviklingen af mindre og store varmepumper drevet af naturlige kølemidler. Støtten har bidraget til, at Danmark har et stærkt industrimiljø inden for de store varmepumper. Danfoss, Johnson Controls, Advansor og Victor Energy er nogle af spillerne på dette marked.

Varmepumper, der kan levere højere temperaturer for eksempel til fødevareindustrien, vil derfor være et oplagt næste udviklingsskridt, for netop her ligger muligheden for at erstatte især betydelige mængder naturgas med eldreven teknologi.

– Hvis det kan lykkes for Danmark at gentage succesen, kan det få et afgørende aftryk på industriens klimaaftryk og give danske producenter af varmepumper en konkurrencefordel og bane vej for et eksporteventyr, siger Richard Schalburg fra Dansk Energi, der også ser varmepumper som vigtige aftagere af grøn elektricitet fra vindmøller og solceller.

Tid til opskalering af indsatsen

Sektionsleder professor Brian Elmegaard fra DTU er enig i, at varmepumperne rummer betydelige potentialer. Sammen med Teknologisk Institut og en række europæiske partnere er han involveret i at skrive en hvidbog om højtemperaturvarmepumper.

– Elektrificering kan ifølge vores analyser omstille op mod 85 procent af varmebehovet i industrien, og varmepumper er her den vigtigste teknologi. Nogle lande rykker mere på store varmepumper end Danmark, så det er nu, vi skal skalere vores indsats op, hvis vi skal gøre os gældende, siger Brian Elmegaard og peger på Østrig, Holland og Norge som nogle af de europæiske konkurrenter.

Centerchef Claus Schøn Poulsen fra Teknologisk Institut vurderer, at en dansk satsning på store varmepumper kræver et trecifret millionbeløb i offentlig og privat finansiering.

– Men det er vigtigt, at vi får udviklet og afprøvet nogle teknologier, der kan bruges af industrien på denne side af 2030, siger Claus Schøn Poulsen med henvisning til Folketingets mål om 70 procent færre udledninger af drivhusgasser.

Høje temperaturer kræver nytænkning

Varmepumper, der fungerer ved op til 80 grader ved hjælp af kølemidler som ammoniak og CO2, er efterhånden ved at være hyldevarer.

100-120 grader kan også lade sig gøre, men det kræver, at der er genanvendelig damp til rådighed. Her kan CO2 bruges som kølemiddel – i konkurrence med HFO, der er kemiindustriens nyeste bud på en løsning, der har minimal effekt på ozonlaget og en reduceret drivhuseffekt. HFO er fjerde generation efter CFC, HCFC og HFC, der fortsat forvolder megen skade i atmosfæren.

– For temperaturer på 120-130 grader er der brug for udvikling, og hvis vi skal over 200 grader, er der brug for helt nye teknologier. Potentielt kan vi nå op på 400 grader, så hvis vi lykkes med at finde løsninger for 400-600 grader, bliver det kæmpestort, siger Claus Schøn Poulsen, der finder det nødvendigt at udvikle alternativer til HFO, der er på miljømyndighedernes observationsliste i forhold til luftforurening og indirekte klimapåvirkninger.

Også for Brian Elmegaard handler det om at finde de rette kølemidler, men der er også behov for mere viden fx i forhold til diverse kompressorudstyr til at håndtere de højere temperaturer og den øgede kompleksitet. 

– Noget er ’bare’ udvikling, og for andet drejer det sig om at finde den rigtige måde at integrere forskellige løsninger. Hvis vi kan nå op på 250-300 grader, så dækker vi en stor del af industriens behov. At gå efter de over 1.000 grader, der skal til i cementproduktionen, vil være for ambitiøst lige nu, vurderer Brian Elmegaard.

Industrier er åbne for test

Varmepumper har brug for en varmekilde og jo højere udgangspunkt desto bedre. En del af integrationen handler om at finde overskudsvarme i industrierne. Netop nu er Brian Elmegaard med støtte fra ELFORSK involveret i en kortlægning og casestudier sammen med en række industrier – herunder De Forenede Dampvaskerier, der er eksperter i vasketøj.

– Vi stiller lokationer, tegninger og maskiner til rådighed og er spændt på, hvad de eksperterne finder ud af. I dag er vi afhængige af naturgas, men hvis nogle kan finde bedre løsninger, så kører vi gerne på alternativer. Elektrificering er relevant for os på sigt, fortalte afdelingschef Christian Lind-Holm Kuhnt fra De Forenede Dampvaskerier for nylig til F&U-publikationen ’Energi19: Energiforskning skaber stærke klimaløsninger’, der er udgivet af Innovationsfonden, EUDP og ELFORSK.

Også Arla Foods er klar til at deltage i udviklingen. Sammen med bl.a. Teknologisk Institut og DTU er der skitseret et pilotprojekt med etablering af et konkret anlæg i mindre skala. Selv hvis alt går rigtigt godt, tager det snildt 4-5 år fra de første resultater af pilotprojektet, inden det kan udmøntes i et fuldskalaanlæg, påpeger Bent Aage Kristensen fra Arla Foods.

– Teknologierne findes… næsten. Kølebranchen mangler en del i forhold til at udvikle holdbare og optimale anlægskomponenter samt de nødvendige tests og kommercialisering, når vi taler temperaturer over cirka 85 grader, vurderer Bent Aage Kristensen.

Behov for et gevaldigt løft

Richard Schalburg fra ELFORSK påpeger, at midlerne i Dansk Energis F&U-pulje er for små til virkelig at give de store varmepumper det nødvendige løft.

– Der er behov for en 5-10-årig indsats, som målrettet fokuserer og adresserer højtemperaturvarmepumper. Hvis vi vil det her, skal de store spillere træde ind på scenen, og det kræver langsigtede, stabile og forudsigelige rammer, som de kan navigere efter. Hele den industri, der benytter procesvarme, har behov for nye teknologiske løsninger, og højtemperaturvarmepumper er sammen med grønne gasser – herunder Power-to-X – nogle af de mest oplagte bud, siger Richard Schalburg.