CREATIV - Centre for Reduced Energy use through Advanced Technology InnoVations: Reduksjon i energibruk og klimautslipp i fiskeindustrien

CREATIV for norsk fiskerinæring
Følgende områder i CREATIV har gitt resultater med spesiell relevans for fiskeindustrien:
• Naturlige kjølemedier (CO2 og NH3): Mulighetene omfatter ikke bare reduserte utslipp til miljøet, men også en jevnere drift av kjøle- og frysetunneler med tilhørende besparelser på energisiden.
• Superkjøling og superfrysing: Slike termiske energieffektive prosesser for produksjon av mat – sammen med en automatisert, kontrollert produksjon – kan utløse store gevinster både når det gjelder produktkvalitet og energibesparelser.
• Utnyttelse av termisk energi: En effektiv (teknisk og økonomisk) utnyttelse av lavtemperatur varme til ulike formål i den enkelte bedrift har et stort potensial for en bransje med store mengder spillvarme.

Mer om initiativet CREATIV
CREATIV ble startet i 2009 med midler til fire års drift fra Norges Forskningsråd, FHF og samarbeidspartnere i industrien. Denne satsingen innebærer samarbeid mellom en rekke internasjonale forskningsmiljøer, sentrale leverandører av energieffektivt utstyr og et industrikonsortium som omfatter områdene metallurgi, treforedling, mat og fiskeri, samt supermarkeder.

Blant områdene som CREATIV har arbeidet med er kjøling, termiske prosesser, industriell ventilasjon, bedre utnyttelse og lagring av termisk energi, og bruk av overskuddsvarme til å produsere elektrisitet. Gjennom det omfattende og varierte industrikonsortiet er det beregnet at aktiviteter innenfor CREATIV vil kunne dekke 2/3 av norsk industris mål for reduksjon i energiforbruk. De ulike industrisektorene har ulikt potensiale for energireduksjon, og forskjellige tilnærminger har selvsagt blitt brukt for å møte behovet for effektiv produksjon.

Naturlige kjølemedier
Gjennom CREATIV har det blitt arbeidet med nye kjølesystemer med naturlige kjølemedier som CO2 som gir et stort potensiale for redusert karbonavtrykk. En ny høy-effektiv 100kW CO2-kompressor har blitt utviklet som øker den samlede energieffektiviteten med opp til 12 %. Når det gjelder kjølesystemer, er økningen omtrent 20 %. Kjøling er en spesielt energiintensiv prosess siden det kreves kontinuerlig bruk av energi for å transportere varme fra et område til et annet mot den naturlige termiske gradienten. Fiskeindustrien, som er helt avhengig av kjøleanlegg, kan øke energieffektiviteten dramatisk dersom kjøleteknologien forbedres.

CO2 RSW-system for fiskebåt
I CREATIV og det FHF-finansierte prosjektet “Bruk av CO2 som kuldemedium i anlegg for nedkjøling av sjøvann (RSW) om bord på fiskefartøy” (FHF-900242) har SINTEF Energi utviklet og implementert et kompakt, miljøvennlig og effektiv 250 kW CO2 RSW-system for fiskebåter. Anlegget gir et potensiale for redusert energibruk ved kjøling av fisk om bord i fiskebåter med 40 %. I CREATIV har det blitt arbeidet med å finne kompressorløsninger for anlegget. Dette er det første RSW CO2-anlegget av sitt slag beregnet for båt som er bygget i Norge. Anlegget har blitt testet under realistiske fangstforhold om bord i en kystnotbåt og har vist gode resultater. Omtrent 900 tonn lodde har blitt kjølt og selv under dårlige værforhold som sterk kuling, fungerte anlegget uten driftsproblemer. Det har videre vært lagt vekt på å spre kunnskap om CO2-teknologi i norsk kuldebransje, og å gjøre norsk industri i stand til å levere kommersielle anlegg med CO2 som kuldemedium, spesielt tilpasset forholdene på fiskebåter.

 

Superkjøling
Ved superkjøling fryses 5–20 % av vannet i produktet. Dette dobler holdbarheten, uten av produktene får fryseskader. Superkjøling reduserer behovet for å fryse produktene, og reduserer det totale forbruket at energi til kjøling med opp til 13 %. Ved å superkjøle fersk fisk er det ikke behov for å ha tilleggsis i eskene ved transport. Dette gir mer fisk på trailerne, som igjen reduserer karbonavtrykket per kg fisk med 20–25 %. Bare fra Norge utgjør dette utslippene til mer enn 50.000 biler.

 

Bruk av overskuddsvarme
Kjøling av mat gir alltid overskuddsvarme. Implementering av en industriell varmepumpe for å utnytte overskuddsvarmen til å produsere varmt vann i et slakteri har vist at karbonavtrykket har blitt redusert fra 23 til 9 kg CO2-ekvivalenter per tonn. Annen bruk at overskuddsvarme fra kjøleanlegg har også vist et stort potensiale. En varmedrevet kjøler kan bruke overskuddsvarme, og ved en ekstra tilførsel av 7 kW, er det mulig å produsere 180 kW kjølekapasitet. 

Hos norske industribedrifter forsvinner det hver dag store mengder energi i form av spillvarme (20 TWh/år i følge ENOVAs potensialstudie fra 2009). Spillvarmen kan utnyttes i samspill med annen industri, men det mangler et skreddersydd, pålitelig verktøy for å synliggjøre det miljømessige og økonomiske potensialet. I CREATIV har man derfor sett på hvorledes industriparker kan planlegges og driftes. Etablering av et pålitelig modellverktøy, hvor samlokaliserte industribedrifter kan analysere kostnads-, energi- og miljøgevinst ved en integrering i industripark, vil utgjøre et helt nytt hjelpemiddel for vurdering av verdiskapingspotensialet i en felles park. Den helhetlige innfallsvinkelen, der både lovverk, rammebetingelser og teknologi ligger til grunn skal resultere i konkrete retningslinjer. Disse skal for eksempel gi svar på hvilke bedrifter som passer inn i parken, hensiktsmessig håndtering av at en partner trekker seg fra samarbeidet i tillegg til anbefalte og teknologiske løsninger for effektiv utnyttelse av spillvarmen bedriftene imellom. For industriparker er det gjennom CREATIV vist at hvis en bedrift med overskuddsvarme tilbyr denne til andre bygninger (kontorer/lager) kan det være et potensiale for en total energireduksjon på 20 %.

 

Utforming av innfrysnings- og tørketunneler for å redusere energiforbruket
Det er et stort potensiale for energisparing i forbindelse med frysing og tørking av fisk. I CREATIV er det jobbet med hvordan fryse- og tørketunneler bør utformes for å sikre en energioptimal drift. Gjennom numeriske modeller og industrielle målinger er det vist at aktiv styring av vifter kan redusere energiforbruket med 25 %. Både ved tørking og frysing er det vanlig praksis å la viftene gå for fullt gjennom hele innfrysings- eller tørkeprosessen. Ved aktiv turtallsregulering av viftene er det mulig å redusere energiforbruket samtidig som fryse- eller tørketiden opprettholdes.

 

I simulering med dynamiske modeller er det gjennomført ulike tester med forskjellige løsninger med falsk tak i frysetunneler. Disse viste at riktig bruk av falsk tak og ledeplater gav 12 % reduksjon i energiforbruket og ensartet luftstrøm og frysetid for hele tunnelen. Gjennom uttesting med industrielle målinger har man en god modell som kan brukes til å modifisere eksisterende tunneler til mest mulig energioptimal drift.

 

I CREATIV er det videre utviklet modeller for å undersøke effekten av bedre kontroll med viftebruken under tørking. I samarbeid med det FHF-finansierte prosjektet “Rasjonell klippfiskproduksjon” (FHF-900662) er disse modellene brukt for å verifisere nytten av ulike tørkestrategier for bruk i tørketunneler. Arbeidet har vist at man kan få ned spesifikt energibruk med opptil 30 % ved styring av vifter og endring av oppholdstid i tørken.

 

Potensialet for energisparing ved bruk av kuldeakkumulering
Når store mengder fisk skal fryses inn i løpet av en hektisk sesong vil effektuttaket fra strømnettet være stort. Mange innfrysningsanlegg er lokalisert i deler av landet hvor man må betale mye for dette. I noen tilfeller er effekt-kostnadene opptil 50 % av totale energikostnader. I CREATIV har det blitt gjennomført beregninger og modelleringer med bruk av CO2 som lagringsmedium for kulde. Et indirekte tørris-akkumuleringssystem er sett på for å redusere dellast-tiden for et konvensjonelt totrinns ammoniakksystem.

Som utgangspunkt ble det brukt målinger fra innfrysing av makrell med en kapasitet på 30 tonn per døgn. Det er modellert et CO2/NH3-kaskadeanlegg med CO2 i bunntrinn og en akkumuleringsløsning for CO2 i slurryform. De teoretiske beregningene av dette viste at det er mulig med en 30 % elektrisk energireduksjon. Det gjenstår å bygge et slikt anlegg for å teste de teoretiske løsningene.

Project results
English summery

Amongst the fields highlighted by CREATIV for more efficient operations are refrigeration; thermal processing; industrial air ventilation; better utilization; and storage of thermal energy; and the use of surplus heat to produce electricity. CREATIV has accrued a range of partners so extensive and varied that it is estimated the consortiums research could account for over two-thirds of Norwegian industry energy reduction targets.

 

Different industrial sectors have different potential for energy reduction, and various approaches have of course been done to meet the demand for efficient production. CREATIV has been looking at revolutionizing refrigeration systems, replacing halocarbon refrigerants significant leaks (10–15 per cent) of which are emitted every year with natural working fluids like CO2 which gives a tremendous potential for reducing the carbon footprint.

 

A new high efficient 100kW CO2 compressor has been developed which reduce the overall energy with up to 12 per cent, and in addition to a ejector system which utilize the pressure drop losses, the potential for reducing energy in refrigeration processes is 20 per cent.

 

For foodproducing industry, the potential for reducing the specific energy is also high. The project has developed and implemented a compact, environmental friendly and efficient 250kW CO2 RSW system for fishing vessels, which gives a potential for reducing energy for chilling fish on boats by 40 per cent.

 

A new concept of chilling food products like fish and meat is superchilling, where 5–20 per cent of the product water is frozen. This doubles the shelf-life, without getting freeze damaged. This reduces the demand for freezing for products in abattoir, and reduces the overall refrigeration energy with up to 13 per cent. By using superchilling on fresh fish for transportation, there is no need for additional ice. This gives more fish on the trucks, which again reduce the C-footprint/kg fish by 20–25 per cent. From Norway only, this corresponds to more than 50.000 cars.

Chilling of food gives always surplus heat. An implementation of an industrial heat pump for utilizing the surplus heat to produce hot water in an abattoir has shown that the carbon footprint has been reduced from 23 to 9 kg CO2-eqv/ton. Other uses of the surplus heat from refrigeration plants have also shown great potential. A heat driven chiller uses surplus heat, and with an additional el-supply of 7kW, there are possible to produce 180 kW of cooling capacity. A large potential as shown in a calculation of an industry cluster where one company with surplus heat supplies this to nearby other building (offices/storages) has shown a potential of an overall energy reduction for the industry park of 20 per cent.

 

The CREATIV team has designed a fully integrated energy concept for supermarket, with a smart use of surplus heat from the refrigeration system and therefor 0 kWh for electrical heating. The system stores energy both in tanks and in the ground, and have a ventilation system specially constructed for supermarkets. The system gives free cooling (AC) by use of the energy wells, and can easily be regulated between the different heating and cooling demand depending on the winter and summer temperatures.

A compromise solution has been installed in an existing supermarket, and shows 15 per cent less energy use compared with average supermarkets. A new fully integrated system has been implemented in a new supermarket, with at potential of 30 per cent decrease of energy use.

 

The biggest potential for utilization of surplus heat comes from the paper pulp, the refineries and the metal industry which uses more than 70 per cent of the industrial energy in Norway. It has been shown technical possibilities for one Al-plant to increase production of electricity from 0.2 to 1 TWh from the high temperature surplus heat, but further research is necessary to be able to make a sustainable production of El from surplus heat with temp down to 100°C. Most of the surplus heat from the pulp and metal industry has temperatures too low to be able to produce El. From one Al-plant, this amount covers for approximately 14 TWh. Some can be directly use for district heating, and the lower temp surplus heat can be increased in value by using high temp heat pumps. The challenge is that most of this industry is located fare from cities which are able to use the surplus heat from these plants.

 

The CREATIV project has shown concepts and technologies with big potential for energy reduction. For Norway to succeed with its goal to reduce the specific energy use by 20 per cent in 2020, the biggest focus must be on reducing the energy for, and utilize the surplus heat from the big 3 sectors; the paper pulp, the refineries and the metal industry. The most promising areas are related to production of electricity from high temperature (>100 °C) surplus heat, use of effective heat pump systems for low/medium (25–100 °C) and design of industry cluster with energy sharing.