Efficiënte technieken

Toepassen van efficiënte technieken

In de trias energetica plus is, na energiebesparing, na hernieuwbare energie en na het koppelen van energieketens, het toepassen van efficiënte technieken de volgende en laatste optie om de uitstoot van kooldioxide te verminderen. Als er na het uitvoeren van besparingsmaatregelen, na het inzetten van hernieuwbare energiebronnen en na het koppelen van energieketens nog steeds een energievraag over is, dan moet in deze vraag worden voorzien via fossiele brandstoffen. De fossiele brandstof moet dan met een zo efficiënt mogelijke techniek worden ingezet. Een efficiënte techniek betekent dat de techniek voor de energiedienst zo weinig mogelijk brandstof gebruikt en zo weinig mogelijk kooldioxide uitstoot. Efficiënte technieken zijn in ruime mate beschikbaar maar vaak duurder dan minder efficiënte technieken. Daar staat tegenover dat de techniek minder brandstof vraagt tijdens het gebruik van de techniek. Om een goede economische afweging te kunnen maken voor een bepaalde techniek moet dus niet alleen naar de aanschafprijs van de techniek worden gekeken maar ook naar het voordeel wat de techniek, over een langere termijn, oplevert in de vorm van lagere bedrijfskosten.

Voorbeelden van efficiënte technieken

Efficiënte technieken, de elektromotor

Elektromotoren in de industrie. In elektromotoren wordt elektrische energie omgezet in mechanische energie voor onder andere; aandrijving van machines, pompen en transportsystemen als lopende banden. Meer dan de helft van het elektriciteitsverbruik in de industrie wordt veroorzaakt door de inzet van elektromotoren. Elektromotoren hebben een hoog rendement, elektrische energie wordt voor meer dan 70% omgezet in mechanische energie, beschikbaar aan de as van de motor. Gezien het grote aandeel in het totale elektriciteitsverbruik draagt elke rendementsverbetering van de elektromotor in belangrijke mate bij aan verlaging van de industriële CO₂-emissie. De efficiency van elektromotoren kan op twee manieren worden verbeterd:

• door het toepassen van hoogrendement motoren,
• door toerenregeling via regelbare aandrijvingen.

Hoogrendement motor. Een hoogrendement motor is een elektromotor die minder verliezen heeft dan de gebruikelijke elektromotor. De laatste is meestal op minimale aanschafkosten gedimensioneerd. De investeringskosten van hoogrendement motoren zijn hoger. Daar tegenover staat dat de elektriciteitskosten van hoogrendement motoren lager zijn dan van gewone elektromotoren. Bij hoge bedrijfstijden van de motor zijn de terugverdientijden relatief kort en liggen in de orde van 3 jaar. De hoogrendement motor is in dat geval dus een efficiëntere en economisch betere techniek.

Toerengeregelde elektromotor. Een gebruikelijke manier om debieten van vloeistof- en gasstromen in de industrie te regelen is het toepassen van stroombegrenzers als (smoor)kleppen, by-passes, ventielen en dergelijke. De pompen voor deze stromen worden op een constante snelheid bedreven. Door de stroombegrenzers te regelen wordt het juiste debiet ingesteld. De energie in de stroom wordt daarbij deels omgezet in warmte die meestal verloren gaat. Extra warmteverlies treedt ook op in de motor omdat die niet optimaal wordt bedreven. Met toerengeregelde motoren kan het debiet van de stroom direct worden ingesteld. Het toerental van de motor wordt elektronisch geregeld. In praktijk kunnen met toerengeregelde motoren besparingen tot 40 procent worden bereikt. Een toerengeregelde elektromotor is in dat geval dan een efficiëntere en economisch betere techniek.

Efficiënte technieken in de bouw

Bij de bouw van woningen wordt nog veel beton, staal en baksteen gebruikt. Bij de productie van deze materialen wordt veel CO₂ uitgestoten. Er kan een grote reductie van de uitstoot van kooldioxide worden bereikt door, in plaats van beton, staal en baksteen, over te gaan op duurzame bouwmaterialen zoals hout en gerecycled beton. In Rotterdam bijvoorbeeld is een volledig houten appartementencomplex, van 50 m hoog, gebouwd in hout. Alleen de fundering, de liftkoker en de galerijen zijn van beton. Bij de bouw zelf werd energie bespaard door gebruik te maken van apparatuur aangedreven door elektriciteit in plaats van door dieselgeneratoren. De elektriciteit wordt geleverd batterijen, die geladen werden met groene stroom. Er werden bijvoorbeeld kranen gebruikt aangedreven door elektromotoren, in plaats van verbrandingsmotoren [Volkskrant].

Efficiënte technieken bij verwarming van gebouwen, voorbeelden

Voor het verwarmen van gebouwen werd tot nu toe meestal aardgas ingezet in cv-ketels. Dit gebeurt op zich met een relatief hoog rendement van ongeveer 90%. Toch wordt de kwaliteit van het aardgas hier niet ten volle benut. Een hoogwaardige energiedrager in de vorm van aardgas, dat verbrand bij temperaturen boven de duizend graden, wordt omgezet in een zeer laagwaardige energiedrager: namelijk warmte van 20 ^oC. Het is dan efficiënter om het aardgas eerst om te zetten in elektriciteit en de restwarmte die dan nog overblijft te gebruiken voor verwarming. Op deze manier wordt de kwaliteit van het aardgas beter benut. Het kwalitatief hoogwaardige aardgas wordt dan omgezet in een andere kwalitatief hoogwaardige energie; elektriciteit. Als voorbeeld geeft onderstaande tabel de resultaten van de CO₂-emissie van een woonwijk, van een kantoorcomplex en van een bedrijventerrein voor vijf verschillende verwarmingstechnieken.

In de tabel is de eerste optie voor de warmtevoorziening, een hoogrendementsketel, als referentie gekozen en op 100% gesteld. In het tweede geval wordt in warmte voorzien met een warmtekrachteenheid (stadsverwarming), in het derde geval is de warmtekrachteenheid uitgebreid met seizoensopslag voor warmte, in het vierde geval dient de elektriciteit van de warmtekrachteenheid als aandrijving voor een warmtepomp en in het vijfde geval wordt de warmte uit de aarde onttrokken, geothermische energie. De seizoensopslag dient om de overtollige warmte van de warmtekrachteenheid in de zomer op te slaan voor gebruik in de winter. Uit de tabel volgt dat alle opties, anders dan warmtevoorziening met een hoogrendementsketel, een lagere kooldioxide-emissie geven. De andere mogelijkheden zijn dus efficiënter. Speciaal de optie met geothermische energie geeft een lage emissie. De ontwikkelde HR-E ketel die zowel warmte als elektriciteit produceert is een stap in de goede richting van een efficiënter gebruik van aardgas. Echter het elektrische rendement van deze ketel is relatief laag waardoor de efficiëntiewinst laag is. Niettemin wordt de kwaliteit van het aardgas bij de HR-E ketel beter benut dan bij een HR-ketel.

Efficiënt verwarmen van gebouwen in de praktijk

De CO₂ uitstoot van huizen en gebouwen is in de afgelopen jaren razendsnel gedaald. Daarmee komt de reductiedoelstelling van 55% in 2030 in zicht. Tussen 1990 en 2023 is de CO₂ uitstoot van woningen en gebouwen met 38% gedaald van 30 naar 18,6 Mton. Dat is te danken aan betere isolatie, warmtepompen en andere verduurzamingsmaatregelen. Ook zijn mensen, als gevolg van de hoge energieprijzen, zuiniger gaan stoken [Volkskrant].

In Utrecht is in 2024 een grote warmtepomp in gebruik genomen die restwarmte haalt uit het gezuiverde afvalwater van Hoogheemraadschap Stichtse Rijnlanden. De warmtepomp draait op groene elektriciteit. De warmtepomp verwarmt het afvalwater tot temperatuur van 75 graden en dat water wordt geleverd aan het warmtenet. Het warmtenet levert warmte aan 60.000 huishoudens en 1200 bedrijven rondom Utrecht. Naast de warmtepomp wordt warmte ook geleverd door warmtekrachtcentrales en door een biomassacentrale. Het hele warmtenetsysteem bevat ook twee grote buffervaten in de vorm van elektrische boilers. Bij een groot aanbod van elektriciteit, als de elektriciteitsprijs laag is, wordt het water in de buffervaten verwarmd [Volkskrant].

Efficiënte technieken in transport

Het introduceren efficiënte technieken bij vervoer en transport leidt tot ingrijpende veranderingen in deze sector. Om de broeikasgasemissies te beperken moet de hele infrastructuur van vervoer en transport worden aangepast. Bijvoorbeeld in plaats van tankstations van fossiele brandstoffen moeten er laadstations komen voor het laden van batterijen of tankstation om waterstof in te nemen. Elektrische auto's, brandstoffencellen en biobrandstoffen zijn belangrijke elementen die een rol spelen in de gang naar een efficiënt en emissieloos vervoer en transport.