Integratie emissieloze katalytische verbrander en warmtemotor

Aanleiding

Vanwege het reduceren en uiteindelijk stopzetten van de gaswinning in Groningen en het moeten behalen van klimaatdoelstellingen, geldt in Nederland momenteel het doel dat huishoudens 'van het gas af' moeten.

Als alternatief voor de welbekende aardgasgestookte cv-ketel wordt vooral de elektrische warmtepomp genoemd. Los nog van de noodzakelijke netverzwaring die op wijkniveau zal moeten plaatsvinden, is het een onontkoombare voorwaarde dat het huis passend geïsoleerd wordt en dat veelal ook een nieuw laag temperatuur verwarmingssysteem geïnstalleerd wordt.

Bij miljoenen (oudere) huizen is dit erg lastig: het isolatieniveau is volstrekt onvoldoende en het lage temperatuur verwarmingssysteem ontbreekt. Dit geldt ook voor een pand in bezit van Horev Vastgoed B.V. De kosten die gepaard gaan met het 'warmtepomp-proof' maken van het pand, oftewel voor isoleren, warmtepomp plaatsen en laag temperatuur verwarmingssysteem installeren, liggen tussen de €150.000 en €200.000. Voor dit soort huizen zijn dus betere betaalbare alternatieven nodig om verduurzaming en gasloos verwarmen mogelijk te maken.

Doelstelling

Thermo Dynamic Solution Provider (TDSP) is gespecialiseerd in thermodynamica. Een van de basisproducten is een 1 kW elektrische vrije zuiger Stirling motor. Het Zweedse bedrijf Zemission is een belangrijke adviseur van TDSP. Zemission is gespecialiseerd in katalytische verbrandingsprocessen.

De voordelen van deze technologie zijn:

• Zeer lage emissies
• Brandstofneutraliteit binnen bepaalde gasvormige brandstoffen, zoals bio-, waterstof-, houtgas en/of mengsels hiervan.

In dit project wil TDSP de technologie van Zemission combineren met haar eigen technologie. Dit zou moeten leiden tot een gastype onafhankelijke micro warmte kracht unit. Het eerste prototype zal een elektrisch vermogen van 1.0 kW hebben en een thermisch vermogen van 6.0 kW. Horev onderzoekt de integratie van dergelijke technologie voor onder andere kantoorpanden, villa's en rijksmonumenten.

Korte omschrijving

TDSP en Zemission zullen onderzoeken wat het meest effectieve ontwerp is van enerzijds de katalytische brander en anderzijds de “heat acceptors” van de warmtemotor.

Daarbij zal specifiek aandacht besteed worden aan hoe een optimale wisseling van radiatie- en convectiewarmte mogelijk gemaakt kan worden. Een eerste prototype zal in een kleine 2D-opstelling getest worden, waarna een volledig CAD-design gemaakt wordt en een CFD-exercitie (stromingssimulatie) uitgevoerd zal worden om tot een finaal prototypeontwerp te komen.

TDSP zal aan de hand van het finale CAD de heat acceptors aanpassen en een totale functionele unit ontwerpen. Parallel zullen TDSP en Zemission hun besturingssoftware op elkaar afstemmen. Het prototype zal getest worden in verschillende pilotopstellingen in zowel Zweden als Nederland.

In Zweden zal de nadruk liggen op de vrijgave van de brander, in Nederland op de geïntegreerde unit. Uiteraard zal hier gewerkt worden met de gangbare meetapparatuur (bijvoorbeeld temperatuur- en lambdasensoren). Tevens voert Horev een technologische studie uit naar de praktische integratie van deze innovatie met andere duurzame maatregelen.

Resultaat

Het resultaat van het project is een gastype neutrale micro warmte kracht centrale. Dit eerste prototype zal een elektrisch vermogen van 1.0 kW hebben en een thermisch vermogen van 6.0 kW, wat later tot 24.0 kW opgevoerd zal worden.

Op woningniveau betekent dit dat voor veel lagere kosten dan andere alternatieven oudere woningen van duurzame warmte, tapwater en elektriciteit kan voorzien. Het meest krachtige van de oplossing is de brandstofflexibiliteit. Het kan dus zowel fossiel gas, bio- en groen gas, waterstof of mengsels hiervan als brandstof gebruiken.

De zelfregulerende software in combinatie met het katalytische verbrandingsproces maakt een organische overgang van de ene naar de andere brandstof mogelijk. Op wijkniveau betekent het dat gebruik gemaakt kan worden van de bestaande gasinfrastructuur. Dit betekent dat de netbeheerder geen investeringen hoeft te doen in netverzwaring en dat de bewoner verschoond blijft van wijken die qua infrastructuur op de schop genomen worden. Horev levert inzichten wat betreft integratie op pandniveau en met andere duurzame maatregelen.