September 2020
Koffiebrander gebruikt restwarmte om te koelen met geluid
Opvallend werk
Koelen met geluidsgolven, ofwel thermo-akoestisch koelen, is een interessante, innovatieve technologie. Koffiebranderij Mocca d’Or past het nu toe in haar complex in Zwolle. Het is de eerste commerciële toepassing van de startup Soundenergy. Ongeveer de helft van de warmte-energie die in de installatie wordt gestopt, komt er als koeling weer uit.
Het was de grote frustratie van Wouter Jansen van Velsen, directeur van de Zwolse koffiebranderij Mocca d’Or. Bij het productieproces komt een enorme hoeveelheid warmte vrij, maar hij kon niemand vinden die er iets mee kon. ‘Het gebruik van restwarmte wordt van alle kanten gepromoot, maar als er geen warmtenet is, houdt het op.’ Toen de branderij vorig jaar toe was aan uitbreiding herinnerde hij zich het contact met Soundenergy, een startup gevestigd in Enschede die de THEAC-25, een thermo-akoestische koelinstallatie had ontwikkeld. Toevalligerwijs had zijn huisinstallateur Loohuis Installatietechnieken ook al interesse getoond in deze nieuwe technologie. Jansen van Velsen: ‘We hebben 275 zonnepanelen op het gebouw liggen, ruim voldoende om volledig in onze eigen elektriciteitsbehoefte te voorzien, maar de installatie van Soundenergy bood ons de kans een forse stap extra te zetten.’ De koelinstallatie bestaat uit vier onderling verbonden drukvaten en past in een zeecontainer. Herbert Berkhout van Soundenergy vertelt: ‘De configuratie brengt in een gesloten systeem de argonmoleculen onder een druk van 15 bar in trilling, waardoor een geluidsgolf ontstaat. Deze trilling arriveert via een buis in het tweede drukvat, waarin de geluidsgolven via hetzelfde proces nogmaals worden versterkt. In drukvat drie staat de warmtewisselaarsconfiguratie in spiegelbeeld opgesteld. Daardoor remt de geluidsgolf af en neemt één wisselaar de warmte op. Als gevolg hiervan daalt de temperatuur in de warmtewisselaar in het drukvat. In drukvat vier herhaalt dit proces zich. Door het gas steeds te laten afkoelen door de lagere (omgevings-)temperatuur en weer te verwarmen met restwarmte, wordt de puls versterkt en kunnen zeer lage temperaturen worden bereikt. Het systeem vraagt alleen een beetje elektriciteit voor de circulatiepompen.’
Ventilatoren zuigen de restwarmte van de schoorsteen aan, waarna deze wordt getransporteerd naar de vier onderling verbonden drukvaten van de THEAC-25 in een container naast het gebouw.
Geen slijtage
Een groot voordeel van de THEAC-25 is dat er geen bewegende delen inzitten en er geen gebruik wordt gemaakt van corrosieve stoffen. Daardoor is er nauwelijks sprake van slijtage en is er dus weinig onderhoud nodig. SoundEnergy belooft een levensduur van dertig jaar. Een ander voordeel is volgens Berkhout dat de THEAC-25 geen speciaal koudemiddel of tweefase-overgang nodig heeft. ‘Ons systeem heeft een GWP van 1 en toch kun je eenvoudig koelen tot ver onder 0 °C.’ Een belangrijke randvoorwaarde van Mocca d’Or was dat de installatietechniek het productieproces op geen enkele wijze negatief zou beïnvloeden. Loohuis Installatietechnieken bedacht een concept waarbij het gehele jaar gebruik kan worden gemaakt van de restwarmte, zonder het productieproces te beïnvloeden. De koffie wordt gebrand in een op aardgas gestookte trommel. Dat gaat met zulke hoge temperaturen dat de restwarmte in de schoorsteen kan oplopen tot 300 °C. In de schoorsteen zitten ventilatoren die de warmte aanzuigen en over een warmtewisselaar drukken. In de warmtewisselaar wordt de warmte opgenomen door een thermische olie, die de warmte transporteert naar de THEAC-25. In de installatie wordt de warmte van de thermische olie gewisseld met het argongas en het gas verplaatst de geluidsgolven door de ring van de onderling verbonden cilinders. De koude die op deze wijze ontstaat wordt vervolgens overgedragen aan de met glycol gevulde koude leidingen.
Warmte
Overigens wordt een deel van de restwarmte uit de branderij niet omgezet in koude. Deze warmte wordt via een tweede warmtewisselaar naar een buffer van enkele duizenden liters gevoerd om ‘s winters de kantoor- en ontvangstruimten te kunnen verwarmen en ook om voldoende warmte voor koeling beschikbaar te hebben als er geen koffie wordt gebrand. Mocca d’Or kan worden gezien als een wegbereider voor een bredere toepassing van deze innovatieve technologie, maar toepassingen ziet Berkhout volop. ‘De voedingsindustrie kent veel processen waar ze aan het begin warmte opwekken om die later in het proces weg te koelen. En de warmte van ovens bij bakkerijen kan worden ingezet om het brood versneld te koelen.’
Financieel
Werkt de techniek ook financieel in het voordeel van de gebruiker? Berkhout: ‘Met de lage stroomprijzen is in Nederland traditioneel koelen met een chiller nu nog goedkoper. Overigens passen we dit systeem nu wel al toe op een basisschool in Delden en in de maritieme sector. Ook hebben we sinds kort een distributeur in Japan, een land waar de stroomprijs veel hoger ligt.’
Tekst: Mari van Lieshout
Fotografie: Soundenergy