Industriële warmte
In het publieke en politieke debat is industriële warmte een typisch onderschat onderdeel van het totale energieverbruik wereldwijd. In geïndustrialiseerde landen is industriële warmte verantwoordelijk voor ongeveer een kwart van het totale energieverbruik, een percentage dat verschilt met de mate van industrialisatie en de hoeveelheden in- of uitgevoerde industriële goederen. Voor een groot aantal industriële processen is ‘warmte’ nodig. Het kan op vele manieren worden geproduceerd en overgedragen, en worden overgedragen door een hete warmtedrager via warmtewisselaars of door elektrische weerstand.
Volgens een onderzoek, uitgevoerd in 2010 door Bredimas en anderen, is de Europese warmtemarkt groot, variërend van 2 529 tot 3 091 TWh/j, vergeleken met de 3 337 TWh/j elektriciteitsproductie in Europa in 2007; dit komt overeen met een equivalent van 289 tot 353 GWth, tegenover een equivalent van 381 GWe voor elektriciteitsproductie. De warmtemarkt is in te delen in verschillende temperatuurbereiken. De belangrijkste marktvolumes zijn te vinden bij procestemperaturen onder 550 °C en boven 1000 °C.
De energiebron van industriële warmte is momenteel vooral aardgas en in mindere mate kolen en olie. Elektriciteit speelt een ondergeschikte rol bij de productie van industriële warmte en daarom wordt het toepassingsgebied nauwelijks bediend door hernieuwbare energiebronnen.
Gesmolten zoutreactoren zijn een uitstekende kandidaat om schone en koolstofvrije warmte te leveren, die efficiënt kan worden gebruikt voor een breed scala aan industriële toepassingen. De warmte van MSR kan op verschillende manieren worden getransporteerd en geleverd. MSR’s kunnen warmte produceren tot 550 °C, wat een zeer relevant temperatuurbereik lijkt voor industriële toepassingen. Dit komt vooral doordat oververhitte stoom in de industrie veelal wordt gebruikt voor warmtetransport, direct opgewekt door verbranding van fossiele brandstoffen. 500-550 °C is momenteel het maximale temperatuurbereik voor stoom, voornamelijk als gevolg van ernstige corrosieproblemen van componenten en leidingen bij hogere stoomtemperaturen. Het gebruik van andere media zoals CO2 of stikstof voor warmtetransport kan hogere temperaturen en verdere procesoptimalisatie mogelijk maken.
Het gebruik van MSR-geproduceerde warmte betekent niet noodzakelijk dat procesindustrieën MSR’s in hun eigen fabriek installeren. Dit is vrij relevant, aangezien het installeren van MSR’s zou impliceren dat naleving van nucleaire regelgeving verplicht zou worden. Er zijn verschillende oplossingen voorgesteld om dit te voorkomen. Bredimas voorziet de oprichting van ‘industriële ecosystemen’, bestaande uit verschillende warmteverbruikende industrieën, gebouwd rond gesmoltenzoutreactoren, die al dan niet tegelijkertijd elektriciteit produceren. Deze warmte wordt getransporteerd door een drager die zich buiten de zogenaamde ‘nucleaire barrière’ bevindt, wat betekent dat de ontvangende partij ook buiten de nucleaire wetgever blijft. Warmtetransport kan plaatsvinden met minimaal verlies en over vrij grote afstanden
Volgens Bredimas is het grootste deel van de warmtemarkt voor procestemperaturen onder 550 °C (60% tot 66% van de warmtemarkt) – en dit zijn duidelijk potentiële gebieden voor de warmte van gesmoltenzoutreactoren. Maar zelfs industriële processen met temperaturen van 1000°C of meer (28% tot 36% van de warmtemarkt) kunnen baat hebben bij het gebruik van MSR’s in de vorm van voorverwarmen, waarna de resterende temperatuurstijging door andere bronnen wordt geleverd, mogelijk, maar niet noodzakelijk, de door de MSR geproduceerde elektriciteit. Dit zal echter in de meeste gevallen een herontwerp van bestaande processen vereisen.
Andere opties zullen veel gemakkelijker te realiseren zijn: Bredimas noemt dit ‘plug-in’ applicaties. In deze gebieden zouden gesmoltenzoutreactoren in wezen de huidige technologieën kunnen vervangen, meestal gasturbines, die functioneren binnen een bestaande infrastructuur. Een belangrijk marktgebied hierbij is WKK, waarbij overtollige warmte wordt gebruikt voor andere processen. Het bekendste voorbeeld is de productie van elektriciteit, waarvan de opgewekte warmte kan worden gebruikt voor andere toepassingen zoals stadsverwarming. Het gebruik van bestaande infrastructuren betekent grote besparingen op de kosten per kWh.
Deze plug-inmarkt vertegenwoordigt ongeveer 30% van de totale warmtemarkt, in totaal 87 tot 89 GWth.
Bredimas wijst op de volgende mogelijke toepassingsgebieden: verwarming van bebouwde omgeving, ontzilting, olie- en chemische industrie, ammoniak en kunstmest. Voor de toepassingen die zeer hoge temperaturen nodig hebben zoals de productie van waterstof, aluminium, staal en cement zou MSR-warmte alleen relevant worden als de temperatuur verder wordt opgevoerd door met MSR opgewekte elektriciteit.
Een concurrerende, koolstofarme productie van basisgrondstoffen, met name waterstof en zuurstof, zou door veel industrieën worden toegejuicht; dit zou een extra markt voor polygeneratie betekenen. Dit zou het ook mogelijk maken dat MSR-systemen voornamelijk worden aangedreven door de vraag naar elektriciteit, en blijven werken in tijden van lage vraag naar elektriciteit, en vervolgens de opgewekte energie omzetten in een product dat kan worden opgeslagen. Dit zou de uptime en de economische efficiëntie maximaliseren.
Europa is een aantrekkelijke markt; het heeft een commerciële ervaring in nucleaire warmtekrachtkoppeling en goede industriële infrastructuren met sterke bedrijven. En de context van het Europese energiebeleid is gunstig voor de introductie van nieuwe koolstofarme concurrerende energieën.