Bruger 60 % mindre vand i papirproduktion

En EPFL-forsker har udviklet en matematisk model til at optimere varmeoverførslen på fabrikker og dramatisk reducere vand- og energiforbruget. Modellen kunne, i teorien, reducere vandforbruget med 60 procent på en canadisk papirfabrik og tillade anlægget at producere så meget som seks gange mere strøm.

Fremstilling af forbrugsvarer kræver store mængder vand, varme og elektricitet. De virksomheder, der fremstiller disse varer, producerer store mængder CO ₂ emissioner og har en enorm indvirkning på miljøet. Ved klimakonferencen COP21 i Paris, verdens ledere fremhævede den fremtrædende rolle, som producenter kan spille i bekæmpelsen af ​​klimaændringer ved at reducere drivhusgasemissionerne.

Maziar Kermani, en forsker ved EPFL's Industrial Process and Energy Systems Engineering (IPESE) gruppe, som ledes af professor François Maréchal, er kommet med en banebrydende matematisk model, der kunne reducere mængden af ​​vand og energi, der bruges i industrielle processer. Han har udviklet en måde at genbruge tabt varme og energi og til at anvende bioraffinaderiteknologier – der kombinerer turbiner og organiske væsker – for at øge energiproduktionen.

Kermani anvendte sin model på en canadisk papirfabrik. Han fandt ud af, at i teorien, det kunne reducere mængden af ​​vand, virksomheden brugte, fra 820 kg til 230-300 kg i sekundet (et fald på omkring 60 procent). Det kunne også give møllen mulighed for at producere mere end seks gange så meget elektricitet (fra 3 MW til omkring 20 MW). Hans resultater er blevet offentliggjort i Energies.

Kontinuerlig genanvendelse af vand og varme

Kermani afprøvede sin teori om kraftpulping - langt den mest populære papirfremstillingsmetode i branchen.

Træflis bliver fugtet, kogt (i rådnetanke), vasket, tørret og bleget til fremstilling af papirmasse. Alt dette producerer enorme mængder damp, som ud over at blive brugt i selve processen, genererer mere end nok elektricitet til at drive anlægget. Den overskydende energi kan derefter sælges.

Ifølge Kermani, imidlertid, det nuværende system er langt fra optimalt. "Enorme mængder vand og energi går til spilde, fordi faserne i processen ikke er forbundet, " forklarer han. "F.eks. møllen bruger koldt vand til at vaske og afkøle papirmassen. Men det vand, som indeholder værdifuld varme, kasseres derefter. Ligeledes, højtryksdamp produceres ved at brænde sortlud ved ekstremt høje temperaturer – omkring 1, 200°C. Dampen driver turbiner til at generere elektricitet og giver en varmekilde til andre processer, men det er for energikrævende at producere."

Organiske væsker

I hans papir Kermani skitserer flere måder, hvorpå det opvarmede vand kunne genbruges. Han anbefaler også at introducere organiske Rankine-cyklusser, som er afhængige af en særlig egenskab ved organiske væsker:det faktum, at de bliver til højtryksdamp ved relativt lave temperaturer (250°C). "Anvendelse af organiske væsker ville gøre det muligt for møllen at producere den damp, den har brug for ved at bruge genvundet varmt vand ved lave til medium temperaturer, " forklarer han.

Det canadiske firma har udtrykt interesse for Kermanis model. "Sammenlignet med strengt matematiske og begrænsede metoder, den foreslåede tilgang giver indsigtsfuld information til det foreløbige design af industrielle varmevekslernetværk involveret i papirmasse og papir, " siger den canadiske industriprocesekspert Marzouk Benali, som har til opgave at optimere den pågældende virksomheds processer. "Dens fleksibilitet giver muligheder for at vurdere de direkte virkninger af at integrere nye bioraffinaderiteknologier i eksisterende store faciliteter."

Kermanis model har også potentielle anvendelser i andre sektorer og industrier.