Energie besparen in koffebranderijen. In opdracht van het ministerie van Economische Zaken

Energie besparen in koffiebranderijen In opdracht van het ministerie van Economische Zaken

2 | Energie besparen in koffiebranderijen

Energie besparen in koffiebranderijen

Aanleiding Als jarenlange en actieve deelnemer aan het MJA-convenant heeft de koffiebranderijensector een routekaart koffie opgesteld. Een van de thema’s is het ‘efficiënt branden van koffie’. Daarom zijn drie haalbaarheidsstudies bij verschillende koffiebranderijen uitge voerd, vastgelegd in deze rapportage: (1) ‘Energie-efficiëntieverbetering bij koffiebranders’ gaat over het optimaliseren van het volledige brandproces. (2) ‘Voorverwarmen van groene bonen’ en (3) ‘Efficiënte geuremissie van het brandpro ces’ behandelen onderdelen van het volledige brandproces. De drie betrokken branderijen hebben samen met een extern adviesbureau gezocht naar mogelijkheden om hun processen te optimaliseren en innoveren. Hiermee dragen ze bij aan de realisatie van de duurzaamheidsdoelstellingen van de koffiebranche.

Aanpak In de volgende hoofdstukken komen de drie verschillende haalbaarheidsstudies aan bod: Studie 1: Energie-efficiëntieverbetering bij koffiebranders (a en b) Het onderzoek is gericht op mogelijkheden voor energiebesparing bij koffiebrandmachines. Adviesbureau Innoforte heeft een stappenplan opgesteld volgens de ‘trias thermodynamica’: een benadering van hergebruik van restwarmte in drie opeenvolgende stappen. De eerste stap is gericht op het beperken van de energie vraag van het koffiebrandproces, onder andere door warmteterug winning. De tweede stap is het omzetten van de restwarmte uit het koffiebrandproces in bruikbare energie: elektriciteit of koude. Tot slot kan een koffiebrander in stap drie de dan nog overgebleven restwarmte leveren aan andere bedrijven in de directe omgeving via een warmtenet.

De eerste twee stappen zijn uitgebreid onderzocht aan de hand van een referentiesituatie. Hierbij is gekozen voor een koffiebrandpro ces met warmteterugwinning via (gedeeltelijke) recirculatie van de warme lucht. De derde stap (restwarmte naar de ‘buren’) is niet verder uitgewerkt omdat er geen of onvoldoende restwarmte overblijft voor een rendabele businesscase. Dit geldt ook voor eigen gebruik van restwarmte voor ruimteverwarming. Studie 2: Voorverwarmen van groene bonen Arcadis Nederland voerde in opdracht van RVO.nl (toen nog Agentschap NL) een literatuurstudie uit naar het voorverwarmen van groene bonen. Hiervoor hield Arcadis gesprekken met verschillende leveranciers en stelde zo de ‘best beschikbare techniek’ (BBT) vast voor het voorverwarmen van groene bonen. De offertegegevens voor drie verschillende koffiebranders vormen de basis voor een rekenmodel. Dit model geeft een indicatie van de hoogte van de investering, de energiebesparing en het capaciteits voordeel voor koffiebranderijen. Maatwerk per koffiebranderij moet de exacte verhouding tussen de verschillende voor- en nadelen bepalen. Studie 3: Efficiënte geuremissie van het brandproces Om geuroverlast te bestrijden, passen koffiebranderijen standaard de naverbrandingstechniek toe. Naverbranding is in opdracht RVO.nl door onderzoekbureau Laborelec vergeleken met een aantal andere technieken. Daarbij is ook onderzocht met welke methodes een naverbrander zo energiezuinig mogelijk kan draaien. Aan de hand van een literatuurstudie is een shortlist van mogelijke technieken opgesteld. Deze zijn verder onderzocht met leveranciers van de technieken en getoetst aan de praktijk. Dit heeft zes referenties opgeleverd.


Studie 1a: Energie-efficiëntieverbetering bij koffiebranders

Aanleiding In deze studie is de energiebesparing bij koffiebrandmachines onderzocht. Wat is er mogelijk en wat levert dat op?

Aanpak Adviesbureau Innoforte heeft een stappenplan opgesteld volgens de “Trias Thermodynamica”. Het onderzoek richt zich op de mogelijkhe den voor energiebesparing van koffiebrandmachines. Er zijn drie opeenvolgende stappen gedefinieerd. De eerste stap richt zich op het beperken van de energievraag van het koffiebrandproces. De tweede stap is het omzetten van de restwarmte uit het koffiebrandproces in bruikbare energie. Tot slot kan een koffiebrander de dan nog overgebleven restwarmte leveren aan andere bedrijven in de directe omgeving. De eerste twee stappen zijn uitgebreid onderzocht aan de hand van een referentiesituatie. Hierbij is gekozen voor een koffiebrandproces met warmteterugwinning via (gedeeltelijke) recirculatie van de warmtelucht. De derde stap (restwarmte naar de ‘buren’) is niet verder uitgewerkt omdat er geen of onvoldoende restwarmte overblijft na het voorverwarmen van de koffiebonen en het gebruik voor ruimteverwarming.

Conclusie Er zijn verschillende mogelijkheden voor energiebesparing. Stap 1:beperken van de energievraag koffiebrandproces Het beter isoleren van de koffiebrandmachine en het voorverwarmen van de koffiebonen zijn bedrijfseconomisch interessant. Door een capaciteitsverhoging van 20 procent is het voorverwarmen van de koffiebonen, naast de energiebesparing, bedrijfseconomisch interessant. Het toepassen van een energiezuinigere naverbranding is bedrijfseconomisch niet aantrekkelijk ondanks de energiebesparing. Het gebruik van thermische oxidatie blijkt vanwege de hoge investeringen bedrijfseconomisch onaantrekkelijk ondanks de hoge energiebesparing die wordt bereikt. Stap 2:omzetten van restwarmte uit het koffiebrand proces in bruikbare energie Alle onderzochte installaties besparen energie. Economisch is restwarmte voor ruimteverwarming zowel energetisch als bedrijfs economisch interessant.

Karakteristieken van de studie Stap 1: beperken van de energievraag koffiebrandproces Er zijn verschillende mogelijke configuraties en opties om de energievraag te beperken in het koffiebrandproces, zoals een koffiebrander met recirculatie zonder naverbrander of een koffiebrandinstallatie met recirculatie en katalytische naverbranding op een hoge temperatuur.

Er zijn meer dan vijf typen koffiebranders bekeken in combinatie met drie opties 1) het voorwarmen van groene bonen, 2) voorverwarming door de branderlucht en 3) isolatie waarbij gekeken is naar de variaties extra of standaard isolatie. Op die manier zijn er meer dan vijftig combinaties mogelijk. In dit onderzoek is uiteindelijk gekozen om vijf variaties verder onderzoeken. Andere variaties (in dit onderzoek verder genoemd configuraties) zijn niet verder uitgewerkt, omdat deze bijvoorbeeld vooral van toepassing zijn voor kleine en/of oudere koffiebrandmachines. Een koffiebrandinstallatie met recirculatie en katalytische naverbranding op een hoge temperatuur is gekozen als referentiesituatie. Deze situatie is configuratie C1 genoemd. Vervolgens zijn de overige vier configuraties (C3, C5, D1 en E1) uitgewerkt. Stap 2: omzetten van restwarmte uit het koffiebrand proces in bruikbare energie De mogelijke configuraties en opties zijn in onderstaande tabel weergegeven. Hierbij zijn configuraties 1a, 2a en 3 verder uitgewerkt. Configuratie

Omzetten in

techniek

1a

Elektriciteit

ORC HT

1b

Elektriciteit

ORC LT

2a

koude

absorptie km HT

2b

koude

absorptie km LT

3

warmte

ruimteverwarming

Resultaten en conclusies Stap 1: beperken energievraag koffiebrandproces 1. Referentiesituatie: koffiebrandinstallatie met recirculatie en katalytische naverbranding op een hoge temperatuur (configuratie C1)

De afgassen (naar buiten) uit het koffiebrandproces worden naver brand in verband met geuremissie. De afgassen hebben een temperatuur van circa 450°C. De afgassen die ontstaan tijdens het koelen van de gebrande koffiebonen met lucht, hebben een lagere temperatuur (gemiddeld 40°C). Hierdoor is in deze studie geen onderzoek gedaan naar het gebruik van deze restwarmte. Configuratie C1 is gekozen als de referentiesituatie. 2. Koffiebrandinstallatie met warmteterugwinning ten behoeve van de voorverwarming van de verbrandingslucht (configuratie C3)

De warme afgassen (na de katalytische naverbrander) worden gebruikt voor het voorverwarmen van de branderlucht van de koffiebrander en de katalytische naverbrander. De warmte wordt via een gescheiden kanaal, een warmtewisselaar en ventilator afgevoerd. Het koffiebrandproces wordt hierdoor niet beïnvloed. De branders zijn geschikt voor hogere luchttemperaturen (circa 250°C).


• Voordelen: vermindering van het gasverbruik, reductie van CO2-emissie. • Nadelen: hogere onderhoudskosten, extra energiekosten voor de ventilator en de hogere investeringen (in speciale branders, kanalen, warmtewisselaar, ventilator, dakdoorvoer). 3. Koffiebrandinstallatie met warmteterugwinning voor de voorverwar ming van de groene koffiebonen (configuratie C5)

De warme afgassen worden ingezet voor de voorverwarming van groene koffiebonen (tot circa 100°C). De uitkoppeling van de warmte vindt plaats via een separaat kanaal, een ventilator en een regelinstal latie. Het koffiebrandproces (batchtijd) is korter omdat de koffiebo nen in het koffiebrandproces eerder op de gewenste temperatuur zijn. • Voordelen: de capaciteitsverhoging van de koffiebrander, het verminderen van het gasverbruik en reductie van de CO2-emissie. • Nadelen: hogere onderhoudskosten, extra energiekosten voor de ventilator en de hogere investeringen (in kanalen, voorverwarming, ventilator en regeling).

gebruikt voor de turbineaandrijving. • Voordeel is dat de geproduceerde elektriciteit (nuttig) kan worden gebruikt voor het koffiebrandproces. • Nadelen: de hoge investeringen in relatie tot een laag elektrisch rendement. Het omzetten van restwarmte in koude met een tweetraps

absorptiekoelmachine (configuratie 2a)

Een absorptiekoelmachine gebruikt warmte (heet water) en zet dit om in koude (gekoeld water). Het gekoelde water wordt gebruikt voor de koeling van de kantoren en de bedrijfshal met koelbehoefte (hal met inpakmachines). De absorptiekoelmachine is gedimensioneerd op levering van de basislast (maximale en continu bedrijf in de zomerperiode). • Voordeel: het energieverbruik van een absorptiekoelmachine lager is dan een conventionele (compressie)koelmachine (qua elektriciteit). • Nadeel: hogere investeringen. Het gebruiken van restwarmte voor de ruimteverwarming

4. Koffiebrandinstallatie met recirculatie en katalytische naverbranding op een lage temperatuur (configuratie D1)

De afgassen (naar buiten) die uit het koffiebrandproces via de katalytische naverbrander komen, worden op een lagere temperatuur van circa 320°C gebracht. De naverbrander is nodig in verband met geuremissie. • Voordeel: vermindering van het gasverbruik bij de katalytische naverbrander. • Nadeel: hogere investering voor een LT-katalysator (t.o.v. een HT-katalysator). 5. Koffiebrandinstallatie met recirculatie en thermische oxidatie van de afgassen (configuratie E1)

De afgassen (naar buiten) uit het koffiebrandproces worden via thermische oxidatie verwerkt in verband met geuremissie. Bij dit proces wordt bijna geen energie toegevoerd en de afgassen worden op een lage temperatuur (60°C tot 80°C) naar buiten afgevoerd. • Voordeel: minder gasverbruik. • Nadelen: hogere investeringen. Daarnaast is er een grote opstellingsruimte nodig voor thermische oxidatie proces, de warmtewisselaar en de schoorsteen. Stap 2: omzetten restwarmte uit het koffiebrandproces in bruikbare energie De warmte wordt met behulp van een warmtewisselaar en ventilator uit de afgassen van het koffiebrandproces onttrokken. Het principe en de regeling zijn zodanig dat het koffiebrandproces niet wordt beïnvloed. Het omzetten van restwarmte in elektriciteit met een ORC op een hoge temperatuur (configuratie 1a)

(configuratie 3)

De restwarmte wordt gebruikt voor ruimteverwarming van de kantoren en bedrijfshallen. De warmte (warmwater) wordt ingekoppeld in het ketelhuis (via een warmtewisselaar) in de centrale verwarmingsinstallatie. • Voordeel: de besparing van het aardgasverbruik van de cv-ketels. • Nadeel: extra investeringen.

Kengetallen van deze studie De uitgangspunten van dit onderzoek zijn: Elektriciteitstarief:

0,09 €/kWh

Gastarief:

0,34 €/m³

Capaciteit koffiebrander:

2.550 kg/uur gebrande koffie

Bedrijfstijd koffiebrander:

4.000 uur/jaar.

CO2 emissie gas:

1,78 kg/m³

CO2 emissie elektriciteit:

0,489 kg/kWh

Kapitaalrente:

5 procent

Afschrijving:

15 – 25 jaar, afhankelijk van de levensduur

Onderhoud- en beheerkosten: 3 procent van de meerinvestering

De investeringen zijn gebaseerd op kentallen en offertes van verschillende leveranciers. Alleen de meerinvestering ten opzichte van de referentiesituatie is in de vergelijking van de verschillende configuraties meegenomen.

Een Organic Rankine Cycle (ORC)-installatie wekt elektriciteit op met een turbine-installatie. In plaats van stoom wordt een organische stof 5 | Energie besparen in koffiebranderijen

Stap 1: beperken energievraag koffiebrandproces configuratie

C1

C2

C3

C5

D1

E1

energie opbrengst

€/jaar

ref

9.000

18.000

29.000

11.000

37.000

extra koffieproductie

€/jaar

ref

0

0

53.000

0

0

energiekosten

€/jaar

ref

0

2.000

7.000

2.000

7.000

beheerkosten

€/jaar

ref

0

8.000

10.000

0

11.000

kapitaallasten

€/jaar

ref

5.000

24.000

22.000

12.000

62.000

CO2 besparing

%

ref

6

11

15

6

20

investering

€

0

69.000

250.000

317.000

122.000

767.000

terugverdientijd (EVTV)

jaar

n.v.t.

8

geen TVT

5

geen TVT

geen TVT

onderhoud &

indicatie (meer)

slecht

minder

neutraal

beter

goed

energie

economie

productie

beoordelingsaspecten config./ optie

omschrijving

kwaliteit

C1

Hoge temperatuur naverbranding

C2

extra isolatie

C3

branderlucht voorverwarming

C5

groene bonen voorverwarming

D1

Lage temperatuur naverbranding

E1

Thermische oxidatie

geur

inpasbaar

veiligheid

Stap 2: omzetten restwarmte uit het koffiebrandproces in bruikbare energie Uitgangspunt hierbij is de beschikbare restwarmte van de installatie volgens configuratie C1. Als de koffiebrandinstallatie is voorzien van energiebesparende maatregelen, dan zal er minder restwarmte beschikbaar zijn. configuratie

1a

1b

2a

2b

3

ORC HT

ORC LT

ABKM HT

ABKM LT

RV

energie opbrengst

€/jaar

20.000

20.000

4.000

4.000

58.000

energiekosten

€/jaar

3.000

5.000

1.000

1.000

3.000

onderhoud & beheerkosten

€/jaar

11.000

13.000

6.000

6.000

8.000

kapitaallasten

€/jaar

37.000

42.000

20.000

21.000

26.000

CO2 besparing

kg/jaar

97.000

82.000

18.000

16.000

292.000

indicatie investering

€

382.000

441.000

204.000

215.000

265.000


jaar

geen TVT

geen TVT

geen TVT

geen TVT

6


slecht

minder

neutraal

beter

goed

economie

productie

beoordelingsaspecten config./optie

omschrijving

1a

ORC op een hoge temperatuur

1b

ORC op een lage temperatuur

2a

absorptiekoelmachine hoge temp.

2b

absorptiekoelmachine lage temp.

3

ruimteverwaming

kwaliteit

geur

inpasbaar

veiligheid

Routekaart 2011 Als jarenlange en actieve deelnemer aan het MJA-convenant startte de koffiesector met een routekaart Koffie. Een thema van deze routekaart is het ‘efficiënt branden van koffie’. Daarom zijn drie haalbaarheidstudies bij koffiebranderijen uitgevoerd, vastgelegd in vier aparte factsheets. De factsheets ‘Energie-efficiëntieverbetering bij koffiebranders’ behandelen het optimaliseren van het volledige brandproces. ‘Voorverwarmen van groene bonen’ en ‘Efficiënte geuremissie van het brandproces’ zijn onderdelen van dat volledige brandproces. Deze factsheet is tot stand gekomen in samenwerking met Innoforte, adviesbureau voor duurzame warmte en koude www.innoforte.nl


energie

Studie 1b: Energie-efficiëntieverbetering bij kleine koffiebranders

Aanleiding

Karakteristieken van de studie

In deze studie is de energiebesparing bij kleine koffiebrandmachi nes onderzocht. Wat is er mogelijk en wat levert dat op?

Stap 1: beperken van de energievraag koffiebrandproces De mogelijke configuraties en opties zijn in onderstaande matrix weergegeven.

Aanpak Adviesbureau Innoforte heeft een stappenplan opgesteld volgens de “Trias Thermodynamica”. Het onderzoek richt zich op de mogelijk heden voor energiebesparing van koffiebrandmachines. Er zijn drie opeenvolgende stappen gedefinieerd. De eerste stap richt zich op het beperken van de energievraag van het koffiebrandproces. De tweede stap is het omzetten van de restwarmte uit het koffiebrand proces in bruikbare energie. Tot slot kan een koffiebrander de dan nog overgebleven restwarmte leveren aan andere bedrijven in de directe omgeving. De eerste twee stappen zijn uitgebreid onderzocht aan de hand van een referentiesituatie. Hierbij is gekozen voor een koffiebrandpro ces met (gedeeltelijke) recirculatie van de warmtelucht. De derde stap (restwarmte naar de ‘buren’) is niet verder uitgewerkt omdat de capaciteit van de restwarmte te klein.

Conclusie

Configuratie B1 (een koffiebrandinstallatie met recirculatie en zonder katalytische naverbranding) is gekozen als referentiesituatie. Vervolgens zijn wde configuraties B2, B3 en B5 uitgewerkt. Omdat het gebruik van een naverbrander (om de geuremissie te beperken) niet tot energiebesparing leidt, zijn de configuraties met naver branding niet verder uitgewerkt. Stap 2: omzetten van restwarmte uit het koffiebrand proces in bruikbare energie De restwarmte van de koffiebrandmachine kan worden gebruikt voor de ruimteverwarming van het gebouw. Het omzetten van restwarmte in elektriciteit en koude is gezien de beperkte capaciteit technisch en economisch niet haalbaar.

Resultaten en conclusies Stap 1: beperken energievraag koffiebrandproces

Er zijn verschillende mogelijkheden voor energiebesparing. Stap 1: beperken van de energievraag koffiebrandproces Het beter isoleren van de koffiebrandmachine en het voorverwar men van de koffiebonen zijn bedrijfseconomisch interessant. Door een capaciteitsverhoging van 20 procent is het voorverwarmen van de koffiebonen, naast de energiebesparing, bedrijfseconomisch interessant. Stap 2: omzetten van restwarmte uit het koffiebrand proces in bruikbare energie De capaciteit van de restwarmte is te klein en hierdoor bedrijfseco nomisch niet interessant om te gebruiken voor ruimteverwarming. configuratie

type koffiebrander

Referentiesituatie: koffiebrandinstallatie met recirculatie

(configuratie B1)

Kleine koffiebrandmachines zijn veelal uitgevoerd met recirculatie en zonder een naverbrander om geuremissies te beperken. Koffiebrandinstallatie met recirculatie en extra isolatie

(configuratie B2)

De koffiebrandinstallaties zijn uitgevoerd met standaard isolatie. Om warmteverlies te beperken, kan de installatie beter worden geïsoleerd.

Optie 1

Optie 2

Optie 3

groene koffiebonen voorverwarmer


extra isolatie

B1

geen

B2

geen

B3 B4 B5 B6 B7 B8

met recirculatie, zonder naverbrander branderlucht voorverwarming

branderlucht voorverwarming geen branderlucht voorverwarming


standaard isolatie extra isolatie standaard isolatie extra isolatie standaard isolatie extra isolatie standaard isolatie extra isolatie

Kengetallen Koffiebrandinstallatie met recirculatie en warmteterugwinning ten behoeve van de voorverwarming van de verbrandingslucht (configuratie B3)

De warme afgassen worden gebruikt voor het voorverwarmen van de branderlucht van de koffiebrander. De warmte wordt via een warmtewisselaar en ventilator naar de brander toegevoerd. Het koffiebrandproces wordt hierdoor in beïnvloed. De branders zijn geschikt voor hogere luchttemperatu ren (circa 250°C). • Voordelen: vermindering van het gasverbruik en de reductie van de CO2-emissie. • Nadelen: hogere onderhoudskosten, extra energiekosten voor de ventilator en de hogere investeringen (in speciale branders, kanalen, warmtewisselaar, ventilator, dakdoorvoer). Koffiebrandinstallatie met recirculatie en voorverwarming van de groene koffiebonen (configuratie B5)

De warme afgassen worden ingezet voor de voorverwarming van groene koffiebonen (tot circa 100°C). De uitkoppeling van de warmte vindt plaats via een separaat kanaal, een ventilator en een regelinstallatie. Het koffiebrandproces (batchtijd) is korter omdat de koffiebonen in het koffiebrandproces eerder op de gewenste temperatuur zijn. • Voordelen: de capaciteitsverhoging van de koffiebrander, het verminderen van het gasverbruik en reductie van de CO2-emissie. • Nadelen: hogere onderhoudskosten, extra energiekosten voor de ventilator en de hogere investeringen (in kanalen, voorverwar ming, ventilator en regeling).

Stap 2: omzetten restwarmte uit het koffiebrand proces in bruikbare energie De warmte wordt met behulp van een warmtewisselaar en ventilator uit de afgassen van het koffiebrandproces onttrokken. Het principe en de regeling zijn zodanig dat het koffiebrandproces niet wordt beïnvloed. De restwarmte wordt gebruikt voor ruimteverwarming van de kantoren en bedrijfshallen. De warmte (warmwater) wordt ingekoppeld in het ketelhuis (via een warmtewisselaar) in de centrale verwarmingsinstallatie. • Voordeel: besparing van het aardgasverbruik van de cv-ketels. • Nadeel: extra investeringen.

De uitgangspunten van dit onderzoek zijn: Elektriciteitstarief:

0,09 €/kWh

Gastarief:

0,34 €/m³

Capaciteit koffiebrander:

350 kg/uur gebrande koffie

Bedrijfstijd koffiebrander:

4.000 uur/jaar. CO2 emissie gas:

CO2 emissie gas:

1,78 kg/m³

CO2 emissie elektriciteit:

0,489 kg/kWh

Kapitaalrente:

5 procent

Afschrijving:

15 – 25 jaar, afhankelijk van de levensduur

Onderhoud- en beheerkosten:

3 procent van de meerinvestering

De investeringen zijn gebaseerd op kentallen en offertes van verschillende leveranciers. Alleen de meerinvestering ten opzichte van de referentiesituatie is in de vergelijking van de verschillende configuraties meegenomen.

Routekaart 2011 Als jarenlange en actieve deelnemer aan het MJA-convenant startte de koffiesector met een routekaart Koffie. Een thema van deze routekaart is het ‘efficiënt branden van koffie’. Daarom zijn drie haalbaarheidstudies bij koffiebranderijen uitgevoerd, vastgelegd in vier aparte factsheets. De factsheets ‘Energie-efficiëntieverbetering bij koffiebranders’ behandelen het optimaliseren van het volledige brandproces. ‘Voorverwarmen van groene bonen’ en ‘Efficiënte geuremissie van het brandproces’ zijn onderdelen van dat volledige brandproces. Deze factsheet is tot stand gekomen in samenwerking met Innoforte, adviesbureau voor duurzame warmte en koude www.innoforte.nl

Het gebruiken van restwarmte voor omzetting naar elektriciteit (ORC) en koude (absorptiekoelmachine) is gezien de beperkte capaciteit technisch en bedrijfseconomisch niet haalbaar.


Stap 1: beperken energievraag koffiebrandproces configuratie

B1

B2

B3

B5

energie opbrengst

€/jaar

ref

700

1.900

2.700

extra koffieproductie

€/jaarw

ref

0

0

5.700

energie kosten

€/jaar

ref

0

190

270


€/jaar

ref

0

765

1.320

kapitaallasten

€/jaar

ref

700

1.800

3.100

CO2 besparing

%

ref

4

10

14

indicatie (meer)investering

€

0

9.400

25.500

44.000


jaar

n.v.t.

13

geen TVT

6

slecht

minder

neutraal

beter

goed

beoordelingsaspecten config./optie

omschrijving

B1

standaard isolatie

B2

extra isolatie

B3


B5

groene bonen voorverwarming

kwaliteit

geur

inpasbaar

veiligheid

energie

economie

productie

Stap 2: omzetten restwarmte uit het koffiebrandproces in bruikbare energie Uitgangspunt is de beschikbare restwarmte van de installatie volgens configuratie B1. Als de koffiebrandinstallatie is voorzien van energie besparende maatregelen, dan zal er minder restwarmte beschikbaar zijn.

configuratie

RV

energie opbrengst

€/jaar

1.800

energie kosten

€/jaar

100


€/jaar

600

kapitaallasten

€/jaar

2.000

CO2 besparing

kg/jaar

9.016

indicatie investering

€

21.200


jaar

20

slecht

minder

neutraal

beter

goed

beoordelingsaspecten omschrijving

kwaliteit

geur

inpasbaar

veiligheid

ruimteverwaming

Routekaart 2011


energie

economie

productie

Studie 2: Energie besparen en de productiecapaciteit verhogen

Aanleiding Deze factsheet behandelt een studie naar het voorverwarmen van groene koffiebonen met restwarmte uit het brandproces. Dat bespaart energie en de productiecapaciteit neemt toe. Hoe zijn energiebesparing in het brandproces en stijging van de productieca paciteit mogelijk?

De benodigde investering voor het indirect voorverwarmen ligt tussen de 330.000 en 350.000 euro. Op basis van besparingen op de energiekosten is een terugverdientijd van 15 jaar mogelijk. Benut een koffiebranderij echter de extra productiecapaciteit, dan leidt dit tot extra omzet en dus extra toegevoegde waarde. Bij 50 procent benutting van de extra productiecapaciteit is een terugverdientijd van 1 jaar mogelijk, afhankelijk van de productiecapaciteit.

Aanpak Arcadis Nederland voerde in opdracht van RVO.nl een literatuurstu-die uit, hield gesprekken met verschillende voor de koffiebranche bekende leveranciers en stelde zo de Best Beschikbare Techniek (BBT) voor het voorverwarmen van groene bonen vast. De offertegegevens voor drie verschillende koffiebranders vormen de basis voor een rekenmodel. Het rekenmodel berekent voor een koffiebranderij de hoogte van de investering, de energiebesparing en het capaciteitsvoordeel. De uitkomst is echter een indicatie voor de mogelijkheden. Maatwerk moet de exacte verhouding tussen de verschillende voor- en nadelen bepalen.

Karakteristieken van de studie Via een deskstudie, expertise uit de branche en gesprekken met leveranciers zijn verschillende technieken van voorverwarming kwalitatief beoordeeld. Daarbij is gekeken naar inpassing, homo geen verwarmen, warmteafdracht, schade aan de groene boon, energieverbruik en het beheersen van de temperatuur. Voorverwarmen door middel van een roterende trommel of in een container met schoepen blijkt de Best Beschikbare Techniek (BBT). Vanuit kostenoverweging kiezen leveranciers voor een container met schoepen. Dit is het uitgangpunt in de studie.

Conclusie Groene koffiebonen zijn met restwarmte op twee manieren voor te verwarmen: 1. Schone lucht opwarmen via een warmtewisselaar langs de afgassen en daarmee de groene bonen opwarmen (indirect). 2. De groene bonen opwarmen met de afgassen van het brandpro ces (direct). Direct voorverwarmen leidt tot twee keer zoveel energie-efficiency verbetering en een twee keer zo hoge capaciteitsverbetering ten opzichte van indirect voorverwarmen. De invloed van het direct voorverwarmen op smaak en de volksgezondheid zijn echter onduidelijk waardoor het risico’s oplevert om dit toe te passen. Met indirect voorverwarmen kunnen koffiebranderijen 12 procent energie besparen in het brandproces en neemt de capaciteit toe met 10 procent.

Discussie rondom afgassen Hebben afgassen wel of geen invloed op de smaak van de koffie? Via direct voorverwarmen komen stoffen uit de afgassen in contact met de groene bonen. Door indirect voor te verwarmen wordt dit voorkomen. Een warmtewisselaar verwarmt schone lucht die vervolgens de groene bonen voorverwarmt. Hieronder is het direct en indirect voorverwarmen schematisch weergegeven. In dit onderzoek zijn de volgende vier scenario’s doorgerekend. Scenario

Capaciteit installatie

Voorverwarmen

1

350 kg/batch

Indirect

2

350 kg/batch

Direct

3

150 kg/batch

Indirect

4

150 kg/batch

Direct


Voorverwarmen door middel van een roterende trommel of in een container blijkt Voorverwarmen door middel met van schoepen een roterende de Best Beschikbare Techniekmet (BBT). Vanuit blijkt trommel of in een container schoepen kostenoverweging leveranciers voor een de Best Beschikbarekiezen Techniek (BBT). Vanuit container met schoepen. is het uitgangpunt kostenoverweging kiezen Dit leveranciers voor een in de studie. met schoepen. Dit is het uitgangpunt in container de studie.

voorverwarmen schematisch weergegeven. In dit onderzoek zijn de volgende vier scenario’s doorgerekend. In dit onderzoek zijn de volgende vier scenario’s doorgerekend. Scenario Capaciteit installatie 1 kg/batch Scenario 350 Capaciteit installatie

Voorverwarmen Indirect Voorverwarmen

2 1 3 2

350 kg/batch 150 350 kg/batch

Direct Indirect Indirect Direct

4 3

150 kg/batch

Direct Indirect

4

150 kg/batch

Direct

Lucht uitlaat Lucht uitlaat

Lucht uitlaat

Lucht uitlaat

Groene bonen Groene bonen

Verwarmen groene bonen Verwarmen groene bonen

Katalysator

Voorverwarmde groene bonen

Katalysator

Voorverwarmde groene bonen Brandproces Brandproces Bruine bonen

Direct voorverwarmen

Bruine bonen


Schone lucht Schone lucht

Lucht uitlaat

Lucht uitlaat

Lucht uitlaat Warmte wisselaar

Lucht uitlaat

Groene bonen Groene bonen

Verwarmen groene bonen Verwarmen groene bonen

Warmte wisselaar Katalysator


Katalysator


Brandproces Brandproces Bruine bonen Bruine bonen

Indirect voorverwarmen Indirect voorverwarmen

|

met restwarmte

|

met restwarmte


Ontwikkelingen en toepassingen

Invloed op smaak

De volgende grafieken, gebaseerd op de efficiëntiecurve van Neuhaus Neotec, laten de energiebesparing en toename van de capaciteit zien in relatie tot de duur van de voorverwarming. Lokale omstandigheden veroorzaken de gehanteerde bandbreedte in de figuren. Directe voorverwarming is twee keer zo efficiënt ten Ontwikkelingen en toepassingen opzichte van indirecte voorverwarming. De volgende grafieken, gebaseerd op de efficiëntiecurve van Neuhaus Neotec, laten de energiebeGezien het grote efficiëntieverschil tussen indirect en direct, is meer sparing en toename van de capaciteit zien in duidelijkheid over de invloed van afgassen op de smaak en de relatie tot de duur van de voorverwarming. Lokale gevolgen van aanwezige stoffen op de gezondheid wenselijk. omstandigheden veroorzaken de gehanteerde De aanbeveling is om extra onderzoek te doen naar wat de bandbreedte in de figuren. Directe voorverwarmogelijke invloed is en/of hoe deze bijvoorbeeld met filter ming is twee keer zo efficiënt ten opzichte van tussenstappen tot een acceptabel niveau kan worden gereduceerd. indirecte voorverwarming. 25 Directe voorverwarming

Implementatie Gevolgen op geur

(%)

20 Indirecte voorverwarming 15

10

5

0

2

4

6

8

10

Tijd (minuten)

35 Directe voorverwarming

(%)

30 Indirecte voorverwarming 25 20 15 10 5

0

2

In de afgassen zitten bepaalde stoffen waardoor deze bij een directe toepassing invloed kunnen hebben op de smaak. Praktijkervaring leert dat deze invloed klein is, maar soms wel waarneembaar. Indirecte voorverwarming heeft geen invloed op smaak. Sterker nog: door groene bonen continue voor te verwarmen tot 100˚C, Invloed op smaak vlakt men de seizoensinvloeden uit en is het mogelijk met het In de afgassen zitten bepaalde stoffen waardoor brandproces een constantere kwaliteit te produceren. deze bij een directe toepassing invloed kunnen hebben op de smaak. Praktijkervaring leert dat Gevolgen op geur deze invloed klein is, maar soms wel waarneemHet voorverwarmen heeft zowel bij de directe als indirecte baar. Indirecte voorverwarming heeft geen uitvoering geen invloed op de hoeveelheid geur. Wel daalt de invloed op smaak. Sterker nog: door groene temperatuur van de afgassen waardoor de stijging van de afgassen bonen continue voor te verwarmen tot 100˚C, uit de schoorsteen minder is. Dat heeft een invloed op de vlakt men de seizoensinvloeden uit en is het verspreiding van de afgassen. Maatwerk moet bepalen hoe groot de mogelijk met het brandproces een constantere invloed is en of dit leidt tot geurhinder. kwaliteit te produceren.

4 6 Tijd (minuten)

8

10

Gezien het grote efficiëntieverschil tussen indirect en direct, is meer duidelijkheid over de invloed Invloed op smaak en gevolgen op geur zijn relevante aspecten van van afgassen op de smaak en de gevolgen van het voorverwarmen, gebaseerd op praktijkervaringen van aanwezige stoffen op de gezondheid wenselijk. toegepaste systemen in Duitsland. De aanbeveling is om extra onderzoek te doen naar wat de mogelijke invloed is en/of hoe deze bijvoorbeeld met filter tussenstappen tot een acceptabel niveau kan worden gereduceerd.

Resultaten en conclusies

Resultaten en conclusies Invloed op smaak en gevolgen op geur zijn relevante aspecten van het voorverwarmen, gebaseerd op praktijkervaringen van toegepaste systemen in Duitsland. 13 | Energie besparen

Het installeren van de benodigde installaties en leidingwerk vindt Het voorverwarmen heeft zowel bij de directe als voornamelijk tijdens de productie plaats. De installatie vraagt een indirecte uitvoering geen invloed op de hoeveelruimte van circa 2 bij 2 bij 4 meter boven de brander. Die kan ook heid geur. Wel daalt de temperatuur van de ergens anders worden geplaatst, maar dan zijn de investeringen afgassen waardoor de stijging van de afgassen uit hoger en het rendement lager. De brandregimes past men aan nadat de schoorsteen minder is. Dat heeft een invloed het systeem functioneert. Door voorverwarmen is alleen de op de verspreiding van de afgassen. Maatwerk starttemperatuur anders; de verwachting is dat brandregimes moet bepalen hoe groot de invloed is en of dit relatief eenvoudig zijn bij te stellen. Daarna ast dienen de leidt tot geurhinder. processtappen voor en na het branden, bijvoorbeeld het koelproces, aandacht te hebben voor de vraag of het veranderde Implementatie brandregime geen invloed heeft op de doorlooptijd van deze Het installeren van de benodigde installaties en processtappen. leidingwerk vindt voornamelijk tijdens de productie plaats. De installatie vraagt een ruimte Terugverdientijd van circa 2 bij 2 bij 4 meter boven de brander. Gebaseerd op de energiebesparing van 12 procent op het Die kan ook ergens anders worden geplaatst, maar aardgasverbruik in het brandproces is een terugverdientijd van 15 dan zijn de investeringen hoger en het rendement jaar realistisch. Dit lijkt geen aantrekkelijke terugverdientijd. Maar lager. De brandregimes past men aan nadat het het voorverwarmen leidt ook tot een capaciteitstoename van 10 systeem functioneert. Door voorverwarmen is procent met dezelfde installatie. Extra productiecapaciteit alleen de starttemperatuur anders; de verwachting benutten, leidt tot extra omzet en dus extra toegevoegde waarde. is dat brandregimes relatief eenvoudig zijn bij te Bij 50 procent benutting van de extra productiecapaciteit is de stellen. Daarnaast dienen de processtappen voor terugverdientijd terug te brengen tot 1 à 10 jaar. en na het branden, bijvoorbeeld het koelproces, aandacht te hebben voor de vraag of het veranderde brandregime geen invloed heeft op de doorlooptijd van deze processtappen. Terugverdientijd

Gebaseerd op de energiebesparing van 12 procent op het aardgasverbruik in het brandproces is een terugverdientijd van 15 jaar realistisch. Dit lijkt geen aantrekkelijke terugverdientijd. Maar het voorverwarmen leidt ook tot een capaciteitstoename van 10 procent met dezelfde installatie. Extra productiecapaciteit benutten, leidt tot extra omzet en dus extra toegevoegde waarde. Bij 50 procent benutting van de extra productiecapaciteit is de terugverdientijd terug te brengen tot 1 à 10 jaar.

Kengetallen van deze studie Voor de berekeningen zijn de volgende uitgangspunten gehanteerd: Uitgangspunt

Grote brander

Kleine brander

(350 kg/batch)

(150 kg/batch)

Totale investering

€ 350.000,

€ 330.000,-

Jaarlijkse hoeveelheid ruwe koffie

16.000 ton

1.250 ton

Jaarlijks energieverbruik

727.273 Nm3

73.529 Nm3

Energie-efficiency van het brandproces

22 kg/Nm3

17 kg/Nm3

Kosten aardgas

€ 0,27

€ 0,29

Benutten extra productiecapaciteit

50%

50% koffie

Toegevoegde waarde gebrande

€ 500,-/ton

€ 500,-/ton

Massa bruine boon t.o.v. groene boon

85%

85%

Het voorverwarmen van groene bonen heeft de volgende voordelen: Indirect verwarmen Batchduur

Direct verwarmen

Energiebesparing

Toename capaciteit

Energiebesparing

Toename capaciteit

4

10%

7%

19%

15%

6

12%

10%

23%

18%

8

14%

11%

25%

20%

10

16%

12%

27%

22%

(minuten)

Hierbij zijn de volgende randvoorwaarden en uitgangspunten relevant: • De brander heeft een geavanceerde besturing waarop de voorverwarming kan aanhaken; • De brandertijden per batch zijn bij voorkeur langer dan 4 minuten; • Het voorverwarmen tot een groene boon temperatuur van 100˚C; • De kosten van het indirect voorverwarmen zijn vergelijkbaar met de kosten van het directe voorverwarmen; • Direct voorverwarmen is twee keer zo efficiënt ten opzichte van indirect voorverwarmen.

De terugverdientijd is berekend op een gemiddelde aardgaskostprijs van € 0,27 voor grote branderijen en € 0,29 voor kleine branderijen. Het financiële voordeel van extra productiecapaciteit is gebaseerd op een toegevoegde waarde van € 0,50 per kg verkochte koffie. Gezien de grote invloed van dit kental is bewust gekozen voor een behoudende benadering.

Wat kunt u ermee? Heeft uw installatie een productiecapaciteit die nagenoeg gelijk is aan 350 of 150 kg/batch? Dan kunt u na een check op de gehanteer de uitgangspunten de resultaten van de studie gebruiken voor uw besluitvormingsproces. Als uw productiecapaciteit of de te hanteren uitgangspunten in uw situatie aanzienlijk afwijken van deze studie, dan biedt het rekenvoorbeeld op pagina 15 een houvast om zelf berekeningen uit te voeren.


Een rekenvoorbeeld De volgende tabellen maken een onderscheid tussen het indirect en direct voorverwarmen van groene bonen. Ook leest u de invloed van de duur van een batch en dus de duur van het voorverwarmen. Grote brander

Resultaten per batchtijd


(350 kg/batch)

Indirect voorverwarmen


Berekend aspect

4 minuten

6 minuten

8 minuten

4 minuten

6 minuten

8 minuten

Besparing aardgas (€/j)

19.636

23.564

27.491

37.309

45.164

49.091

TVT (jaar)

18

15

13

9

8

7

Toename capaciteit (ton/jaar)

952

1.360

1.496

2.584

3.128

3.400

Extra benutte capaciteit (ton/jaar)

476

680

748

1.292

1.564

1.700

Opbrengst extra capaciteit (€/jaar)

238.000

340.000

374.000

646.000

782.000

850.000

Kleine brander



(150 kg/batch)

Indirect voorverwarmen


Berekend aspect

6 minuten

8 minuten

10 minuten

6 minuten

8 minuten

10 minuten

Besparing aardgas (€/j)

2.559

2.985

3.412

4.904

5.331

5.757

TVT (jaar)

129

111

97

67

62

57

Toename capaciteit (ton/jaar)

106

117

128

244

266

287

Extra benutte capaciteit (ton/jaar)

53

58

64

122

133

143

Opbrengst extra capaciteit (€/jaar)

26.563

29.219

31.875

61.094

66.406

71.719

Totale TVT (jaar)

11,3

10,2

9,4

5,0

4,6

4,3

Totale investering Kosten installaties + montagekosten + kosten bekabeling + opstartkosten + transportkosten en verzekering Energiebesparing Jaarlijks aardgasverbruik brandproces (Nm3) x % energiebesparing x kostprijs 1 m3 (€)

Opbrengst extra capaciteit Ruwe koffie (ton/jaar) x % verhouding massa bruine boon t.o.v. groene boon x % toename capaciteit x % benutte extra capaciteit x toegevoegde waarde gebrande koffie (€/ton) Terugverdientijd Totale investering (€) / (energiebesparing (€/jaar) + opbrengst extra capaciteit (€/jaar))

Routekaart 2011 Als jarenlange en actieve deelnemer aan het MJA-convenant startte de koffiesector met een routekaart Koffie. Een thema van deze routekaart is het ‘efficiënt branden van koffie’. Daarom zijn drie haalbaarheidstudies bij koffiebranderijen uitgevoerd, vastgelegd in vier aparte factsheets. De factsheets ‘Energie-efficiëntieverbetering bij koffiebranders’ behandelen het optimaliseren van het volledige brandproces bij grote en kleine branderijen. ‘Voorverwarmen van groene bonen’ en ‘Efficiënte geuremissie van het brandproces’ zijn onderdelen van dat volledige brandproces.


Studie 3: Energie besparen en geur verminderen via naverbranding of

UV-oxidatie Als jarenlange en actieve deelnemer aan het MJA-convenant startte de koffiesector met een routekaart Koffie. Een thema van deze routekaart is het ‘efficiënt branden van koffie’. Daarom zijn drie haalbaarheidstudies bij koffiebranderijen uitgevoerd, vastgelegd in aparte factsheets: 1) ‘Energie-efficiëntieverbetering bij koffiebranders’ behan delt het optimaliseren van het volledige brandproces, 2) ‘Voorverwarmen van groene bonen’ en 3) ‘Efficiënte geuremissie van het brandproces’ zijn onderde len van het volledige brandproces.

Aanleiding Hoe kan het energieverbruik van de geurbestrijding van koffie branders worden geoptimaliseerd? Bij de keuze van een geurbestrij dingstechniek spelen naast de milieueisen ook de operationele en investeringskosten een belangrijke rol.

Aanpak Om geur te bestrijden in de koffiebranderij, wordt standaard de naverbrandingstechniek toegepast. Naverbranding is in opdracht RVO.nl door onderzoekbureau Laborelec vergeleken met een aantal andere technieken. Ook is onderzocht welke methodes worden gebruikt om een naverbrander zo energiezuinig mogelijk in te zetten. Aan de hand van een literatuurstudie is een shortlist van mogelijke technieken opgesteld. Deze technieken zijn verder onderzocht met leveran-ciers. Een aantal leveranciers is vervolgens uitgenodigd om de voorgestelde technieken te toetsen aan de praktijk. Zo zijn zes referenties verkregen.

Techniek voor geurbestrijding Naverbrander (thermische oxidatie)

UV oxidatie

Conclusie Optimalisatie van het energieverbruik is mogelijk ten aanzien van de klassieke naverbrander. De techniek die toepasbaar is voor de geurverwijdering, hangt af van de temperatuur van de afgassen en van de continuïteit van het proces (continu proces of batch proces). Dit is samengevat in onderstaande tabel. De continuïteit van de afgasstroom is hierbij van belang. Bij een opstelling van meerdere koffiebranders in parallel wordt de afgasstroom samengevoegd en zo een relatief continue stroom van afgassen gevormd. De nabehandeling wordt hierbij gezien als een continue stroom. Voor een regeneratieve naverbrander (RTO) is de continuï- teit van de afgasstroom van belang. Het rendement van een RTO daalt namelijk naargelang de te behandelen afgasstroom minder continu is. De UV-oxidatietechniek is veelbelovend, maar moet nog met een proefopstelling worden bevestigd. Een eerdere proefopstelling bij een Duitse koffiebrander liet positieve resultaten zien. De andere onderzochte technieken op de shortlist vallen om diverse redenen af.

continue afgasstroom

batchgewijze afgasstroom

lage temperatuur afgassen (~ 80°C)

regeneratieve naverbrander (met keramisch bed)

recuperatieve katalytische naverbrander

hoge temperatuur afgassen (~250 - 350°C)



lage temperatuur afgassen (< 60°C)

geen warmteterugwinning, directe toepassing UV

geen warmteterugwinning, directe toepassing UV

hoge temperatuur afgassen (> 60°C)

warmteterugwinning voor geurverwijdering, UV toepassing via bypass

warmteterugwinning voor geurverwijdering, UV toepassing via bypass


Karakteristieken van de studie In onderstaande tabel 2 leest u de shortlist van zes technieken, inclusief voor- en nadelen. Techniek

Voordelen

Nadelen

Regeneratieve naverbrander (met een keramisch bed om warmte op te slaan) / RTO

- breed toepassingsgebied - energieverbruik nog relatief hoog, zij het dan al beter dan zonder - warmterecuperatie regenerator - erg populair en bekend proces - werkt best bij lagere temperaturen, anders slechte efficiency - potentieel hoge efficiency van reductie - continue afgasstroom nodig, efficiëntie daalt bij batchgewijze geuremissie afgasstroom - traagheid van opstarten - onderhoud van de katalysator = operationele kost - investeringskost kan relatief hoog zijn

Recuperatieve katalytische naverbrander

- breed toepassingsgebied - energieverbruik nog relatief hoog, warmterecuperatie is beperkt - warmterecuperatie - onderhoud van de katalysator = operationele kost - erg populair en bekend proces - investeringskost kan relatief hoog zijn - potentieel hoge efficiency van reductie

geuremissie

Gaswasser

- relatief laag energieverbruik - toepasbaar voor hoge temperatuur uitlaatgassen - eenvoudig in gebruik

-

Biofiltratie / adsorptie

- laag energieverbruik - met een biologisch bed worden de geurcomponenten afgebroken door organismes in dit biologisch bed

- erg volumineus systeem - organisme populatie erg kritisch, temperaturen hoger dan 40 °C bijvoorbeeld weerstaan deze organismen niet - verzadiging door water of stoom - geen referenties

Injectie van radicalen / plasma ionisatie

- gemakkelijk in gebruik - geen problemen met start/stop of wisselende debieten - weinig onderhoud

- niet voor alle geurcomponenten even geschikt - proefopstelling nodig - geïnjecteerde radicalen transformeren de molecules en breken ze niet af, risico op non-conformiteit bij mogelijke striktere wetgeving in de toekomst - werkt best bij temperatuur die niet te hoog ligt (< 70 °C). Bij hogere temperaturen zoals bij koffiebranders, zal het energieverbruik hoog zijn.

UV-oxidatie

- gemakkelijk in gebruik - geen problemen met start/stap, wisselende debieten of concentraties - geen hulpstoffen nodig - lage investering - laag energieverbruik

- techniek niet voor alle geurcomponenten geschikt, proefopstelling nodig - onderhoud van de lampen - mogelijk hoger energieverbruik bij hogere temperaturen afgas, bypass-syteem kan hier een oplossing voor bieden

niet geschikt voor cyclische werking afvalwater dient behandeld te worden alvorens geloosd gebruik van reagentia (chemische stoffen) geen referenties gevonden voor koffiebranders


Resultaten en conclusies Resultaten van de studie De criteria voor het beoordelen van een techniek voor geurverwijde ring zijn energieverbruik, efficiëntie van de geurverwijdering, veiligheid en milieu. De investeringen operationele kosten worden bij de economische evaluatie bekeken.

UV-oxidatie

en daarmee ook het aardgasverbruik. Een warmterecuperatie tussen afgas- en gereinigde lucht kan het aardgasverbruik verder verminderen. Bij een hoge afgastemperatuur is een bijkomende warmterecu peratie wenselijk om het energieverbruik van het koffiebranden te verminderen.

Kengetallen Energieverbruik geurbehandeling

UV-oxidatie breekt de geurcomponenten af aan de hand van UV-licht door middel van zuurstofradi- calen. Deze techniek kan rechtstreeks worden toegepast met de UV-lampen in het afgas. Bij temperaturen hoger dan 60°C wordt een bypasssysteem gebruikt, waarbij geoxideerde lucht in het afgaskanaal (schouw) wordt geïnjecteerd. UV-oxidatie heeft verschillende referenties in de geurbestrijding. Naar energieverbruik is deze techniek gunstig vanwege het lage elektriciteitsverbruik van UV-lampen. Een proefopstelling is echter noodzakelijk om te controleren of aan alle voorwaarden voldaan wordt, waaronder de milieuwetgeving. Bij hoge afgastemperatuur is bijkomende warmterecuperatie wenselijk. Deze warmterecuperatie moet plaatsvinden vóór de UV-behandeling.

Techniek

Energieverbruik

Regeneratieve naverbrander (Lage temp afgas)

8 - 10 kW gas per 1000 m³/u geen bijkomende restwarmte

Recuperatieve katalytische naverbrander

12 - 16 kW gas per 1000 m³/u bijkomende restwarmterecupe ratie mogelijk

UV-oxidatie

0.3 - 1.5 kW elek per 1000 m³/u

Gaswasser

0.2 - 1.0 kW elek per 1000 m³/u

Biofiltratie / adsorptie

0.05 - 0.1 kW per 1000 m³/u

Injectie van radicalen / plasma ionisatie

0.2 - 3 kW elek per 1000 m³/u

Voorbeeldberekening Naverbranding Naverbranding of thermische oxidatie is de standaard gebruikte techniek voor geurbestrijding bij koffiebranders. De geurcomponenten oxideren onder invloed van een hoge temperatuur. Er zijn verschillende varianten van naverbranding mogelijk. De 2 meest geschikte voor een koffiebrander zijn:

1. Katalytische naverbranding: door het gebruik van een katalysator oxideren de geurcomponenten op 400-450°C in plaats van 800°C. Deze uitvoering wordt meestal uitgevoerd met een warmterecuperatie om het energieverbruik te minimaliseren. 2. Regeneratieve naverbranding: met behulp van keramische bedden wordt een maximale warmte-uitwisseling bereikt en dus een minimaal gasverbruik.

De keuze tussen katalytische naverbranding en regeneratieve naverbranding wordt beïnvloed door de aard van de afgasstroom (batch of continu) en de temperatuur van het afgas.

Het energieverbruik hangt sterk af van het debiet en de temperatuur van de afgaslucht. In onderstaande tabel wordt een voorbeeld gegeven bij een afgaslucht aan een debiet van 4000 m³/u, waarbij de intrede temperatuur 340 °C is en de naverbranding bij een temperatuur van 450 °C wordt uitgevoerd. Voor de UV-oxidatietechniek wordt op deze temperatuur een bypasssysteem gebruikt. Ook voor een regeneratieve naverbrander mag de afgaslucht aan deze temperatuur niet zomaar door het systeem en wordt er buitenlucht bijgemengd. Voor een kleinere koffiebrander zal het afgasdebiet lager liggen. Eenzelfde berekening is gemaakt voor een afgasdebiet van 2 000 m³/u, met verder dezelfde randvoorwaarden. Andere operationele kosten dan energieverbruik, zoals het periodiek vervangen van de UV-lampen of het onderhoud van de katalysator of het keramisch bed, zijn niet meegenomen in de berekeningen, maar hebben wel nog een negatief effect op de terugverdientijd.

Een regeneratieve naverbrander (of RTO) werkt optimaal bij een continue afgasstroom waarbij de afgastemperatuur laag is. Bij een lage afgastemperatuur zal de warmte-uitwisseling zodanig zijn dat er weinig of geen bijkomende warmterecuperatie nodig is. Een katalytische naverbrander wordt meestal toegepast bij een discontinue afgasstroom en/of bij hoge afgastemperatuur. Door de katalysator is de temperatuursverhoging in de naverbrander beperkt 18 | Energie besparen in koffiebranderijen

techniek

benodigd vermogen

energie-verbruik (MWh/jaar)

besparing energie (MWh/jaar)

financiële besparing (€/jaar)

investerings-kost terugverdientijd (€) (jaar)


60 kW(th)

354

532

15 960

~200 000

~12.5

regerenatieve naverbrander (RTO)

40 kW(th)

240

642

19 260

~ 265 000

~13.5

UV oxidatie techniek

1.92 kW(elek)

~20

~880

~8000

~20 000

~2.5

(MWh/jaar)



investerings-kost terugverdientijd (€) (jaar)

60 kW(th)

354

532

15 960

~200 000

~12.5


40 kW(th)

240

642

19 260

~ 265 000

~13.5


1.92 kW(elek)

~20

~880

~8000

~20 000

~2.5

techniek

benodigd vermogen

energie-verbruik (MWh/jaar)



investerings-kost (€)

terugverdientijd (jaar)


30 kW(th)

177

266

7 980

~150 000

~18


20 kW(th)

120

321

9 630

~200 000

~20


~1 kW(el)

~10

~440

~4000

~14 000

~4

techniek

benodigd

energie-verbruik

vermogen recuperatieve katalytische naverbrander

voor 2000 m³/u


Over het MJA-programma De meerjarenafspraken energie-efficiency (MJA’s) zijn overeenkomsten tussen de Ministeries van Economische zaken, Infrastructuur & Milieu, Financiën, Interprovinciaal Overleg, bedrijven en instellingen over het effectiever en efficiënter inzetten van energie.

Dit is een publicatie van: Rijksdienst voor Ondernemend Nederland Croeselaan 15 | 3521 BJ Utrecht Postbus 8242 | 3503 RE Utrecht T +31 (0) 88 042 42 42 E [email protected] www.rvo.nl Deze publicatie is tot stand gekomen in opdracht van het ministerie van Economische Zaken © Rijksdienst voor Ondernemend Nederland | november 2015 Publicatienummer: RVO-225-1501/BR-DUZA De Rijksdienst voor Ondernemend Nederland (RVO.nl) stimuleert duurzaam, agrarisch, innovatief en internationaal ondernemen. Met subsidies, het vinden van zakenpartners, kennis en het voldoen aan wet- en regelgeving. RVO.nl werkt in opdracht van ministeries en de Europese Unie. RVO.nl is een onderdeel van het ministerie van Economische Zaken.

Energie besparen in koffebranderijen. In opdracht van het ministerie van Economische Zaken

Recommend Documents