Az ipari szárítás első látásra egyszerű műveletnek tűnik, energetikai szempontból azonban kifejezetten költséges. A vegyipartól az élelmiszer- és takarmánygyártáson át az építőanyag-iparig nagy mennyiségű hő szükséges ahhoz, hogy a vizet eltávolítsák a feldolgozott alapanyagokból. A hagyományos, levegővel működő rendszereknél az elpárologtatott vízzel együtt jelentős mennyiségű energia is távozik a berendezésből.
Ezen változtatna a Fraunhofer Institute for Interfacial Engineering and Biotechnology IGB által koordinált SH4AM projekt. A kutatók a szárítóközegként alkalmazott levegőt túlhevített vízgőzzel – superheated steam, SHS – helyettesítik, és a folyamatot hőszivattyús hővisszanyeréssel kapcsolják össze.
Zárt körben marad a hő
A technológia egyik legfontosabb különbsége, hogy zárt rendszerben működik. A szárítandó anyagból eltávolított víz gőzzé alakul, majd ennek hőtartalmát nem engedik egyszerűen a környezetbe távozni. A hőszivattyú visszanyeri a kondenzáció során felszabaduló energiát, és ismét felhasználható szárításra.
A Fraunhofer számításai szerint megfelelő konfiguráció mellett az energiafelhasználás a hagyományos eljárásokhoz képest 50–80 százalékkal csökkenthető. A tényleges megtakarítás azonban függ a szárítandó anyagtól, a kiindulási nedvességtartalomtól és az alkalmazott technológiai paraméterektől.
Az eljárás további előnye, hogy a szükséges hő előállításához nem feltétlenül kell fosszilis energiahordozót használni. A hőszivattyú elektromos energiával működtethető, így a rendszer megújuló villamos energiára építve a szárítás közvetlen szén-dioxid-kibocsátását is jelentősen mérsékelheti.
A pilotüzem már különböző anyagokat szárít
A technológia nem pusztán számítógépes modell. A Fraunhofer IGB Stuttgart-Vaihingenben pilotberendezést épített, amelynek segítségével különböző ipari anyagokon vizsgálják az eljárást. A tesztelt termékek között ásványi anyagok, építőanyagok, élelmiszer- és takarmány-alapanyagok is szerepelnek.
A pilotrendszer egyik fontos feladata annak meghatározása, hogyan kell az eltérő anyagokhoz igazítani a gőz hőmérsékletét, a nyomást, az anyagáramot és a szárítás időtartamát. Ez az ipari méretnövelés szempontjából kulcskérdés, hiszen egy por, granulátum vagy más ömlesztett anyag eltérően reagálhat ugyanarra a hőterhelésre.
A fejlesztésben az Evonik ipari felhasználóként és technológiai partnerként, a Pergande Group pedig a berendezéstechnikai megvalósításban vesz részt. A cél olyan moduláris rendszer kialakítása, amely különböző ipari szárítási folyamatokhoz adaptálható.
Akkor száríthat, amikor olcsó az áram
A fejlesztők a hőtechnika mellett a folyamat digitalizálására is építenek. A rendszer modellprediktív szabályozást (Model Predictive Control, MPC) alkalmazhat, amely matematikai modellek segítségével előre jelzi a folyamat várható állapotát, majd ehhez igazítja a működési paramétereket.
Ez az energiapiaccal való összehangolást is lehetővé teheti. A berendezés energiaigényesebb műveletei részben olyan időszakokra időzíthetők, amikor nagy mennyiségű, kedvező árú megújuló villamos energia áll rendelkezésre. A szárítás így nemcsak energiahatékonyabbá, hanem rugalmasabban üzemeltethetővé is válhat.
Az ipari alkalmazhatóság szempontjából ez legalább olyan fontos, mint maga a hővisszanyerés. A szárítás számos gyártási folyamat egyik legnagyobb energiafogyasztó lépése, ezért már kisebb hatékonyságjavulás is jelentős üzemeltetési költségcsökkenést eredményezhet. A hővisszanyerés, az elektrifikáció és az intelligens vezérlés együttes alkalmazása pedig olyan meglévő gyártási folyamatok dekarbonizációjához is utat nyithat, amelyek teljes technológiai lecserélése gazdaságilag nem lenne reális.
Forrás: Fraunhofer/New Atlas
