ガスを変換する大型ヒートポンプ

ジョニー・ウッド著

デジタル化が進む世界では、新聞用紙、筆記用紙、印刷用紙の使用量が減少しているため、スクリーンへの依存度が高まっていることは製紙メーカーにとって不吉な兆候です。 しかし、低級包装紙、包装紙、家庭紙の需要は拡大し続けており、毎年2%増加しています。

国際エネルギー機関（IEA）によると、紙パルプの生産は2021年に産業からの世界のCO₂排出量の2％を占め、生産量は2030年まで増加し続けると予想されており、業界の長期的な持続可能性について重要な疑問が生じている。

そこでヒートポンプの出番です。先進的な機器メーカーは、パルプや紙などのガス集約型産業の脱炭素化を支援するために、家庭で使用されている従来のヒートポンプ設計を超大型化しています。

紙の製造には乾燥プロセスで大量の水を蒸発させるための強い熱が必要ですが、その熱は無駄にならずに再利用できます。 乾燥は製紙に使用されるエネルギーの 3 分の 2 以上を占めます。

ヒートポンプ技術のスケールアップにより、製紙メーカーは生産時に大量の低温残留熱を利用し、それを乾燥プロセスの高温での使用に再利用できるようになります。

三菱重工業（MHI）のグループ会社であるターボデンは、生産時にCO₂を排出せずに高温蒸気を生成する能力を備えたオーダーメイドの大型ヒートポンプ（LHP）を製造するため、欧州の紙パルプ業界の大手企業と契約を締結した。プロセス。

ターボデンの LHP 技術は、冷媒液を使用して機械式蒸気圧縮機と統合し、10 ～ 12 °C の範囲の低級熱を、紙の製造に必要な 200 °C 以上の過熱蒸気に変換します。

LHP は、低温熱源からの熱エネルギーを熱交換器に伝達し、自然冷媒の液体をガスに変えます。 コンプレッサーはエネルギーをガスに伝え、その温度と圧力をさらに上昇させます。 加圧された冷媒ガスからの熱は放出され、凝縮液を加熱して過熱蒸気にするために利用できるようになります。一方、冷媒は減圧によってさらに冷却されるため液体に戻り、サイクルの再開に備えます。

このプロジェクトは、よりクリーンでより効率的な熱供給システムを開発するために、ターボデンの業界ノウハウと三菱重工コンプレッサー株式会社の専門知識と経験を結集する、三菱重工グループ 2 社の意思の出会いでもあります。

これら 2 つの技術を組み合わせることで、欧州の紙パルプ会社は加熱プロセスから年間 23,200 トンもの CO₂ を削減できるようになります。

パルプや紙などのガス集約型産業では、LHP 技術と蒸気圧縮機技術を組み合わせることで、火力発電に伴う産業用温室効果ガスの排出を効率的に削減できます。 これら 2 つの技術により、紙の乾燥に使用されるエネルギーを半分以上削減できる可能性があると EHPA/Cepi 作業部会の報告書は述べています。

製紙のエネルギー効率を高めるための別の取り組みは、紙の乾燥プロセスの改善にも焦点を当てています。 IEAによると、オランダの工科大学のコンソーシアムは、電気力に基づく非熱的水分除去技術の開発に取り組んでいる。

ドイツやスカンジナビアでも、水を使わずに製紙する方法を開発する研究が進行中だが、そのような解決策を大規模に展開するにはまだ時間がかかる。

欧州ヒートポンプ協会（EHPA）と欧州製紙産業連盟（Cepi）の共同作業部会によると、現在、ヒートポンプは欧州などの地域で最終産業エネルギー需要の約10％を供給している。 これは、化石燃料への依存を減らし、多くの産業分野でエネルギー効率を高め、排出量を削減するのに役立ちます。

製鉄もまた、熱を大量に消費し、削減するのが難しい産業であり、廃熱をリサイクルすることで大幅な効率向上と排出削減を実現できます。 ターボデンは、イタリアの鉄鋼業界の Ori Martin 向けに LHP ソリューションを開発する別のプロジェクトにも取り組んでいます。 Turboden は、イタリア北部ロンバルディア州にある Ori Martin 鉄鋼製造工場向けに LHP ソリューションを作成しました。 大型ヒートポンプ ソリューションは、電気炉の冷却回路からの低温残留熱を加圧水に変換し、近くのブレシア市の地域暖房ネットワークに電力を供給します。