Koppelen van energieketens

Energieketens

In de trias energetica plus is, na energiebesparing en hernieuwbare energie, het koppelen, integreren en optimaliseren van energieketens de volgende optie om de uitstoot van kooldioxide te verminderen. Een energieketen bestaat uit een serie processen gevoed door een of meerdere energiebronnen die tot doel heeft een bepaald product te leveren. Restwarmte en andere energiedragers die als bijproducten in deze productieprocessen ter beschikking komen, kunnen vaak weer nuttig worden gebruikt in andere processen. De processen moeten daarvoor aan elkaar gekoppeld worden. Zo ontstaat een energieketen.

Behalve met energie kan een keten ook gevormd worden door restproducten. Een restproduct van een proces kan als grondstof dienen voor een volgend proces of als grondstof voor een proces van een ander bedrijf. Ook kunnen grondstoffen worden teruggewonnen uit afval om weer nieuwe producten te kunnen maken, de zogenaamde circulaire economie.

Koppelen van energie- en materiaalketens

Door het koppelen van energieketens bij verwarmen van woningen kunnen aanzienlijk besparingen worden bereikt. Dit gebeurt onder andere bij stadsverwarming. Ook de industrie kan veel energie besparen en tegelijkertijd de uitstoot van kooldioxide sterk reduceren door warmteproductie en elektriciteitsopwekking te combineren. De restwarmte van industrieën kan worden gebruikt om gebouwen te verwarmen. Andere bedrijfstakken waar de koppeling van energieketens besparingen oplevert zijn de agro-industrie, de landbouw, de veeteelt, de glastuinbouw en utiliteitsgebouwen.

In het kader van het streven naar een circulaire economie worden in de energieketens ook steeds meer materiaalketens opgenomen. De RVO subsidieert circulaire ketenprojecten. In een circulair ketenproject werken ondernemers uit het mkb samen om een product- of materiaalketen circulair te maken. Het kan gaan om een bestaande keten of (deels) om een nieuwe. Een ketenproject is inmiddels in ontwikkeling. Meerdere partijen in de productieketen van de Nederlandse staalbouw bundelen hun krachten voor het hergebruik van staal in de bouw. Dit met het doel om grondstoffen en energie te besparen. Hun gezamenlijke visie en ambities liggen vast in het Bouwakkoord Staal. In mei 2023 is een plan van aanpak opgesteld voor de ketenregie [RVO].

Voorbeelden van besparingen door koppelen ketens

Voorbeelden

Hieronder volgen een aantal voorbeelden van het verminderen van de emissie van kooldioxide door het koppelen van energieketens in verschillende sectoren van de industrie, dienstverlening, landbouw en veeteelt.

Verwarmen van woningen met (rest)warmte

Door het koppelen van energieketens bij verwarmen van woningen kunnen aanzienlijk besparingen worden bereikt. Dit gebeurt bijvoorbeeld bij stadsverwarming waar de productie van elektriciteit gecombineerd wordt met verwarmen van woningen met zogenaamde warmtekrachteenheden. Daarbij wordt de koelwarmte van de warmtekrachteenheid gebruikt voor het verwarmen van woningen.

In Utrecht is 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 [Volkskrant].

Het afvalbedrijf Twence streeft ernaar om zoveel mogelijk energie uit afval en biomassa te halen. Het bedrijf investeert, gestimuleerd door subsidie, samen met netbeheerder Cogas in het ontwikkelen van een warmtenet in het stedelijk gebied van Twente. Het warmtenet wordt gevoed met warmte uit afval. Dit is een belangrijke stap richting van het aardgasvrij verwarmen van woningen en bedrijven. Het warmtenet haalt ruim 2.800 woningen en bedrijven van het aardgas [Rijksdienst voor Ondernemend Nederland].

Industriële procesverwarming

In de industrie wordt veel energie bespaard en tegelijkertijd de uitstoot van kooldioxide sterk gereduceerd door warmteproductie en elektriciteitsopwekking te combineren via een warmtekrachteenheid. De besparingspercentages kunnen oplopen tot 30%. Zo kunnen hoogrendement gasturbines worden gecombineerd met ovens voor droog-, bak-, of smeltprocessen. De warmte van de warmtekrachteenheid kan ook worden gebruikt voor koeling via absorptiekoelmachines.

In Nederland leveren warmtekrachtinstallaties ongeveer de helft van het elektriciteitsproductievermogen en nemen daarmee ook ongeveer de helft van de elektriciteitsproductie voor hun rekening (180 PJ door WKK en 183 PJ voor niet-WKK in 2013). Behalve bij de industrie worden warmtekrachtinstallaties bedreven door energiebedrijven, door ziekenhuizen, door afvalverwerkers en door glastuinbouwbedrijven. Grote gebouwen zoals flats en kantoorgebouwen en woonwijken zijn ook vaak voorzien van een warmtekrachtinstallatie om te voorzien in de elektriciteits- en warmtebehoefte.

Het afvalbedrijf Twence streeft ernaar om zoveel mogelijk grondstoffen en energie uit afval, biomassa en zon te halen. Door nieuwe technologieën te introduceren worden uit afval en biomassa steeds meer grondstoffen terug de kringloop ingebracht. Het bedrijf ontwikkelt ook ketenprojecten. Een voorbeeld is het verwerken van houtresten. Van dit hout wordt pyrolyse-olie gemaakt. Van de reststoffen die na de pyrolyse overblijven, wordt stoom geproduceerd, die rechtstreeks aan het chemische bedrijf Nobian wordt geleverd. De afgekoelde stoom gaat daarna als warmte door naar het warmtenet Hengelo [Rijksdienst voor Ondernemend Nederland].

Verwarmen met restwarmte

Agro-industrie. Op de Maasvlakte stond een duurzame garnalenkwekerij, Happy Shrimps. Het warme water, dat nodig was voor de groeibassins, werd geleverd door de nabijgelegen energiecentrale van E.on. De restwarmte uit rookgassen werd gebruikt om dit water te verwarmen. Nadat het warme water van de energiecentrale de groeibassins had verwarmd werd het afgekoelde water weer teruggevoerd naar de energiecentrale en daar gebruikt als koelwater. Dit is een voorbeeld van het koppelen van energieketens; in dit geval van het opwekken van elektriciteit, het koelen van de centrale en het verwarmen van groeibassins. Er werd ongeveer twee kiloton aan kooldioxide emissie per jaar vermeden.

Veeteelt. Een melkveehouder gebruikt de restwarmte van biovergisters om in vijvers eendenkroos te kweken. De restwarmte is afkomstig van twee biovergisters die worden gevoed door de mest van zijn koeien en door andere reststoffen. In de vergister worden de mest en de reststoffen omgezet, onder andere in methaan. Het methaan wordt toegevoerd aan een warmtekrachtinstallatie die elektriciteit en warmte produceert. De elektriciteit wordt geleverd aan het elektriciteitsnet, de warmte wordt gebruikt om de mest op te warmen, de vergister op temperatuur te houden en om de eendenkroosvijver te verwarmen. In deze vijvers wordt eendenkroos geteeld, als alternatief voor soja, als voer voor zijn koeien. Hiermee is de keten gesloten [Rijksdienst voor Ondernemend Nederland].

Warmteopslag en -transport. Een nieuwe ontwikkeling is een warmtebatterij voor verwarming van gebouwen. Met een warmtebatterij kan de restwarmte van de industrie gebruikt worden om op andere plaatsen kantoren en huizen te verwarmen. De warmteopslag in de warmtebatterij is gebaseerd op zout; op kaliumcarbonaat. Wordt water verdampt uit het zout dan neemt het zout veel warmte op; wordt er daarna weer water bijgevoegd dan komt er veel warmte vrij. Een kubieke meter zout kan 1,3 GJ (361 kWh) aan energie opslaan. De restwarmte uit de industrie kan in het zout worden opgeslagen en daarna worden getransporteerd naar gebouwen. Door het toevoegen van water komt warmte vrij, gebouwen kunnen met deze warmte verwarmd worden. Een groot voordeel van het opslaan en transporteren van de restwarmte in zout is dat er geen grote warmtenetten meer nodig zijn. De batterij bevat verder geen giftige, zeldzame of kostbare materialen. In huizen en gebouwen kan de warmtebatterij ook gebruikt worden om in de zomer warmte opslaan, om deze in de winter weer te gebruiken [Volkskrant].

Kooldioxide voor de glastuinbouw

In de glastuinbouw wordt energie bespaard door het koppelen van energieketens. Shell Pernis levert kooldioxide afkomstig van de verbranding van fossiele brandstoffen aan tuinders in het Westland. De tuinders gebruiken deze kooldioxide voor bemesting van hun gewassen. Daarmee wordt het stoken van aardgas, alleen voor CO₂-bemesting, vermeden. De kooldioxide van Shell Pernis wordt niet uitgestoten maar gebruikt voor de groei van planten. Op deze manier wordt dus twee maal de uitstoot van kooldioxide vermeden.

Vooral in de zomer heeft de glastuinbouw warmte over. Deze kan voor de winter worden opgeslagen. Er is een plan om een woonwijk in het Westland te voorzien van warmte afkomstig van de glastuinbouw. De glastuinders kunnen ook het afvalwater van woningen gebruiken.

Vergisten van mest

Een voorbeeld van het koppelen van energieketens uit de landbouw en veeteelt is het vergisten van mest en ander landbouwafval. Het gas van de vergisting wordt toegevoerd aan een gasmotor waarmee elektriciteit wordt geproduceerd. De afvalwarmte wordt voor verwarming gebruikt. De mestvergisting voorziet dan niet alleen het eigen bedrijf maar vaak ook woningen in de omgeving van elektrische energie en van warmte. Door de vergisting wordt ook de stankoverlast sterk verlaagd. De restproducten van de vergistingsinstallatie worden gebruikt voor bemesting van de akkers.

Een ander voorbeeld uit de veeteelt is het vergisten van pluimveemest. Een pluimveehouder voedt een biovergister voor ongeveer een derde deel met pluimveemest. De biovergister kan 52.000 ton biomassa per jaar verwerken en produceert daaruit gas. Dit gas wordt toegevoerd aan een warmtekrachtinstallatie. Met deze warmtekrachtinstallatie wekt de pluimveehouder 11,5 GWh aan elektriciteit op. De warmte uit de warmtekrachtinstallatie wordt voor de biovergister gebruikt. Na het vergisten blijft een reststof over. De dikke fractie van de reststof wordt gedroogd met de warmte van de warmtekrachtinstallatie en verkocht als kunstmest. De dunne fractie wordt gebruikt voor de productie van algen in een vijver bij de pluimveehouder. De eiwitrijke algen worden gevoerd aan zijn kippen. Hiermee is de keten gesloten [Rijksdienst voor Ondernemend Nederland].

Koppelen van energieketens in een agropark

Agropark. In dit voorbeeld van het koppelen van energieketens worden een veeteeltbedrijf, een champignonkwekerij en een groentekwekerij aan elkaar gekoppeld. In het ontwerp van een industrieel opgezet agropark worden de intensieve veeteelt en een champignon- en groentekwekerij gecombineerd met een eigen energievoorziening en een eigen slachterij. In het agropark komen varkensstallen. De mest van de varkens wordt omgezet in biogas. Daarmee wordt een warmtekrachtinstallatie aangedreven die warmte en elektriciteit levert die ten dele weer worden gebruikt in de varkenstallen. De koude lucht uit de champignonkwekerij gaat voor koeling naar de varkensstallen. De overtollige warmte van de varkensstal en de warmte van de warmtekrachtinstallatie gaat naar de groentekwekerij. Afval van de groentekwekerij kan gebruikt worden als voer voor de varkens. De resten van de mest kunnen worden gebruikt door de kunstmestindustrie.

Glastuinbouwbedrijven en datacenters. Agriport A7 is een bedrijfsverzamelterrein in Noord Holland. Het terrein huisvest glastuinbouwbedrijven die groenten telen en datacenters van Microsoft en Google. De groentetelers hebben een gezamenlijk energiebedrijf wat elektriciteit, warmte en CO₂ opwekt voor de groenteteelt. Er is een overproductie van elektriciteit, deze wordt aan de datacenters geleverd. De warmte van de datacenters wordt op hun beurt weer aan de glastuinbouwbedrijven geleverd. Het koppelen van deze energieketens bespaart op het energieverbruik en reduceert de uitstoot van CO₂ [Agriport A7].

Koppelen van energieketens bij utiliteitsgebouwen

Bij de ijsbaan in Dordrecht wordt de ijsvloer gekoeld. De warmte die daarbij aan de ijsvloer wordt onttrokken werd vroeger de lucht in geblazen. Nu wordt deze warmte gebruikt om er het water van het nabijgelegen zwembad mee te verwarmen. De warmte uit de ventilatielucht van het zwembad wordt gebruikt voor verwarming van de kantine en de sporthallen. Door het koppelen van deze energieketens is het energieverbruik met de helft afgenomen [Volkskrant].