Industriële drogers zonder gas? Fraunhofer zet in op stoom
Industriële drogers slurpen energie, vaak uit aardgas. Fraunhofer IGB ontwikkelt daarom een alternatief: oververhitte stoom in plaats van hete lucht.
In het LowCarbDry-project wordt die stoom opgewekt met elektriciteit en een warmtepomp. Warmteterugwinning en slimme processturing moeten het energiegebruik met een factor twee tot vier verlagen — mogelijk zelfs met 80 procent.
Mineralen, voedingsmiddelen, bouwmaterialen, chemische grondstoffen en diervoeders bevatten na productie vaak nog te veel vocht. Klassieke drogers voeren dat vocht af met warme lucht. Samen met de waterdamp verdwijnt echter ook veel warmte. Fraunhofer IGB wil die kringloop sluiten. In het Duitse LowCarbDry-project vervangen de onderzoekers hete lucht door oververhitte, droge stoom. Evonik Operations en de Pergande Group werken mee aan de ontwikkeling.
Stoom in plaats van lucht
De stoom brengt warmte over op het product, waardoor het vocht verdampt. Anders dan bij hete-luchtdroging wordt de procesgasstroom zoveel mogelijk binnen de installatie gehouden. Overtollige stoom condenseert bij ongeveer 90 tot 100 °C. De vrijgekomen warmte kan opnieuw worden ingezet.
Een warmtepomp tilt de temperatuur van de uitgaande stoom opnieuw op. Mechanische damprecompressie — MVR — kan het rendement verder verhogen. Compressoren verhogen de druk en daarmee de condensatietemperatuur. De gecomprimeerde stoom levert vervolgens opnieuw warmte aan het droogproces.
Tot 80 procent minder energie
Volgens Fraunhofer kan de energiebehoefte, afhankelijk van product, droogmethode en temperatuur, met een factor twee tot vier dalen. De combinatie van stoomdroging, warmtepompen en flexibele processturing zou het verbruik zelfs tot 80 procent kunnen reduceren. Die flexibiliteit komt van model predictive control (MPC). Het systeem anticipeert op veranderende procescondities en elektriciteitsprijzen en stuurt de installatie daarop bij.
Meer dan energiewinst
Stoom heeft ook andere voordelen. De zuurstofarme atmosfeer beperkt oxidatie, wat interessant is voor voedingsmiddelen en andere gevoelige producten. Een betere warmte- en stofoverdracht kan bovendien de droogtijd verkorten en thermische degradatie beperken.
Daar staat tegenover dat een hoge droogsnelheid de productstructuur kan beïnvloeden. Voor zulke toepassingen onderzoekt Fraunhofer volumetrische voorverwarming met microgolven.
De technologie is al getest met onder meer minerale grondstoffen, bouwmaterialen, organische reststromen, voedingsmiddelen en diervoeders. Mogelijke toepassingen zijn het drogen van kalk, stro, couscous en insectenlarven.
Aroma’s recupereren
Een deels gesloten stoomkringloop maakt ook het terugwinnen van vluchtige stoffen mogelijk. Aroma’s die bij klassieke droging via de afvoerlucht verdwijnen, kunnen samen met de stoom worden opgevangen. Na condensatie kunnen ze uit het condensaat worden afgescheiden en opnieuw worden gebruikt.
Van labo naar piloot
Fraunhofer beschikt over laboratorium- en pilootinstallaties voor oververhitte-stoomdroging. Binnen LowCarbDry zijn inmiddels ook pilootinstallaties voor sproeidrogen operationeel.
De uiteindelijke energiewinst hangt niet alleen af van de droogtechnologie. Ook warmtewisselaars, compressoren, pompen, regeltechniek, producttransport en de koppeling met de rest van de fabriek spelen een rol. Het concept moet inzetbaar zijn in verschillende types drogers, waaronder band-, trommel- en sproeidrogers.
