Puhtaan sähköntuotannon eli pääosin tuuli- ja aurinkosähkön halpeneminen ja ratkaisujen skaalautuvuus on viime vuosina tehnyt vihreästä sähköstä kannattavan vaihtoehdon laskea hiilidioksidipäästöjä. Tästä syystä termi electrification of everything on mm. EU:n ilmastostrategian ytimessä. Helposti voisi teollisuuden osalta ajatella, että ratkaisu tarkoittaa siirtymistä polttokattiloista sähkövastuksiin tai puhtaalla sähköllä tuotetun vedyn polttoon, mutta lämpöpumppupohjainen lämmöntuotto tarjoaa vielä paremman vaihtoehdon.

Lämpöpumpussa kompressori puristaa haaleaa lämpöä sähkön avulla kuumempaan lämpötilaan. Esimerkiksi teollisuuden hukkalämpöjä hyödynnettäessä, lämpöpumppu ottaa 20 asteisesta hukkalämmöstä lämpöä kolme yksikköä, käyttää sähköä yhden yksikön ja tuottaa näistä yhteensä neljä yksikköä lämpöä 80°C asteessa. Lämpöpumpuilla voidaan tehdä sadan asteen lämpötilan nosto niin, että sähköä kuluu vain puolet saadusta energiasta. Lämpöpumppujen COP-luku kertoo kulutetun sähkön suhteen saatuun lämpöön.

Teollisuuden prosessien sähköistämisen ei välttämättä siis tarvitse energiankulutuksen osalta mennä yksi yhteen, jos vertaa polttamalla tuotettuun energiaan. Valtaosa teollisuuden prosesseista on kuitenkin alle 200°C asteessa, johon päästään nykytekniikalla esim. lämpöpumppujen avulla ja tällöin energiaa voidaan myös prosessissa kierrättää. Esimerkiksi kuivausprosessit, jotka vievät 10 % teollisuuden energiasta voidaan toteuttaa suljetulla lämmönkierrolla kokonaan noin 3–4 COP-arvolla. Korkeampiin lämpötiloihin vaaditaankin sitten paljon uusiutuvaa sähköä ja esimerkiksi SSAB kehittää vetypohjaista teräksen tuotantoa. Näistäkin prosesseista voidaan lämpö ottaa talteen ja käyttää esimerkiksi kaukolämpönä tai matalampien lämpötilaprosessien energian lähteenä. Ideana on, että energia tekee työtä monta kertaa.

Kaaviosta näkyy Euroopan teollisuuden kuluttamien prosessien lämpötilatasoja. Noin puolet voidaan kattaa 120°C-asteen lämpötilalla, johon lämpöpumpuilla päästään jo nyt. Muutaman vuoden päästä markkinoille on tulossa heliumia kiertoaineena käyttävät lämpöpumput, joilla päästään 200°C lämpötilaan ja näin ollen lämpöpumppupotentiaali kasvaa. Tällä tekniikalla voidaan kattaa lämpöpumppupohjaisesti kaikki höyryn tuotto. Suomessa tämä tarkoittaisi käytännössä kaikkea sellu-, paperi- ja sahateollisuutta. Lämpöraaka-aineena toimiva hukkalämpö teollisuuskohteista jo löytyy, koska kaikki kulutettu energia muuttuu lopuksi tavalla tai toisella hukkalämmöksi. COP-arvo höyryn tuotannossa on noin 2 eli energiankäyttö sähköistettäessä puolittuu.

23.2.2021

Antti Porkka

Myyntipäällikkö, Calefa Oy

antti.porkka@calefa.fi