ทีมวิจัยจากเยอรมนีพัฒนาเครื่องปั๊มความร้อนประสิทธิภาพสูง เปลี่ยนของเสียจากโรงงานผลิตกระดาษเป็นไอน้ำอุตสาหกรรม

วิศวกรได้เปิดเผยเครื่องปั๊มความร้อนที่มีพลังงาน 1.2 เมกะวัตต์ (MW) ซึ่งสามารถเปลี่ยนของเสียความร้อนจากกระบวนการผลิตกระดาษให้เป็นไอน้ำอุตสาหกรรมที่มีอุณหภูมิประมาณ 248 องศาฟาเรนไฮต์ (120 องศาเซลเซียส) เครื่องปั๊มนี้ถูกผลิตโดยทีมวิจัยจากสถาบัน Fraunhofer IEG ซึ่งตั้งอยู่ในรัฐเฮสเซน และได้มีการทดสอบที่โรงงานผลิตกระดาษ Felix Schoeller GmbH & Co. KG การทดลองนี้จัดทำขึ้นภายใต้โครงการ PUSH2HEAT ที่ได้รับการสนับสนุนจากสหภาพยุโรป

ระบบนี้ใช้ความร้อนที่ปกติจะสูญเสียไปในการผลิตไอน้ำที่จำเป็นต่อกระบวนการอุตสาหกรรม ตามข้อมูลจากสถาบันนี้ ระบบสามารถลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ได้สูงสุดถึง 600 ตันต่อปี และช่วยลดการพึ่งพาก๊าซธรรมชาติ ผู้จัดการโครงการ Reuven Paitazoglou กล่าวว่า "ธุรกิจอุตสาหกรรมต้องการโซลูชันที่รวมการปกป้องสภาพภูมิอากาศ ความปลอดภัยในการจัดหาพลังงาน และความสามารถในการแข่งขัน เครื่องปั๊มความร้อนที่มีอุณหภูมิสูงทำให้สามารถใช้แหล่งพลังงานที่ไม่เคยใช้มาก่อนได้อย่างมีประสิทธิภาพ"

หลักการทำงานของเครื่องปั๊มความร้อน

จากของเสียความร้อนไปสู่ไอน้ำ กระบวนการอุตสาหกรรมมักทำงานในระบบไอน้ำที่มีความดันสูงกว่า 212 องศาฟาเรนไฮต์ (100 องศาเซลเซียส) ในกรณีส่วนใหญ่ การผลิตไอน้ำประเภทนี้ต้องเผาเชื้อเพลิงฟอสซิล โดยเฉพาะก๊าซธรรมชาติ ในทางกลับกัน การเผาเชื้อเพลิงฟอสซิลจะปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และก๊าซเรือนกระจกอื่น ๆ ซึ่งส่งผลต่อการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศและมลพิษทางอากาศ เพื่อแก้ไขปัญหานี้ ทีมงานได้พัฒนาเครื่องปั๊มความร้อนแบบสองขั้นซึ่งสามารถอัปเกรดของเสียความร้อนที่มีอุณหภูมิต่ำให้เป็นไอน้ำอุตสาหกรรมที่ใช้ได้ ระบบนี้จับความร้อนส่วนเกินจากการผลิตกระดาษที่มีอุณหภูมิอยู่ระหว่าง 86 ถึง 158 องศาฟาเรนไฮต์ (30 ถึง 70 องศาเซลเซียส) และจากนั้นจะเพิ่มอุณหภูมิให้สูงขึ้นถึงประมาณ 248 องศาฟาเรนไฮต์

ในระยะเวลา 300 ชั่วโมงของการทำงานในปี 2026 เครื่องปั๊มนี้สามารถให้การผลิตไอน้ำเฉลี่ยประมาณ 700 กิโลวัตต์ (kW) ขณะเดียวกัน การผลิตไอน้ำอยู่ที่ประมาณ 1.2 ตันต่อชั่วโมง โดยมีความดันประมาณ 2.3 บาร์ ค่าประสิทธิภาพที่นักวิจัยรายงานอยู่ที่ 2.30 กล่าวง่าย ๆ ว่าระบบนี้ให้ความร้อนที่มีประโยชน์มากกว่าสองเท่าของพลังงานไฟฟ้าที่ใช้ในการทำงาน หากระบบนี้ทำงาน 4,000 ถึง 5,000 ชั่วโมง จะสามารถหลีกเลี่ยงการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ได้สูงสุดถึง 600 ตันต่อปี ซึ่งเทียบเท่ากับการลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ประมาณ 220 ปอนด์ (100 กิโลกรัม) ต่อเมกะวัตต์ชั่วโมง (MWh) เมื่อเปรียบเทียบกับการผลิตไอน้ำจากก๊าซธรรมชาติ

การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีในอนาคต

การสาธิตนี้เป็นส่วนหนึ่งของโครงการ PUSH2HEAT ที่ได้รับการสนับสนุนจากสหภาพยุโรป ซึ่งสำรวจวิธีการนำของเสียความร้อนจากอุตสาหกรรมกลับมาใช้ใหม่ แม้ว่าโครงการนี้จะมุ่งเน้นไปที่การผลิตกระดาษและเคมีภัณฑ์ แต่เทคโนโลยีนี้ยังสามารถนำไปใช้ในอุตสาหกรรมยาและอาหารได้ สถาบัน Fraunhofer IEG ได้ประสานงานด้านวิทยาศาสตร์ในการทดสอบและเสนอระบบการตรวจสอบเพื่อประเมินประสิทธิภาพ ทีมงานได้ตรวจสอบว่าเครื่องปั๊มนี้จะรวมเข้ากับกระบวนการผลิตและเครือข่ายไอน้ำที่มีอยู่ได้อย่างไร Paitazoglou เน้นย้ำถึงความสำคัญของการขยายการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีนี้ โดยเขากล่าวในข่าวประชาสัมพันธ์ว่า "โรงงานสาธิตที่ตั้งอยู่ในไวเซนบอร์นได้วางรากฐานที่สำคัญสำหรับการใช้เทคโนโลยีนี้ในแอปพลิเคชันอุตสาหกรรมอื่น ๆ ในอนาคต"

การทดสอบภายใต้ภาระเต็มจะเริ่มขึ้นในเดือนกันยายน 2026 ทีมงานมีแผนที่จะประเมินระบบนี้ในสภาพแวดล้อมอุตสาหกรรมจริงเป็นระยะเวลา 1 ปี และคาดว่าจะมีการปรับปรุงเพิ่มเติมก่อนที่โครงการจะสิ้นสุดในปี 2027

แนวโน้มในอนาคตของเทคโนโลยีเครื่องปั๊มความร้อนประสิทธิภาพสูง

การพัฒนาเทคโนโลยีเครื่องปั๊มความร้อนประสิทธิภาพสูงนี้ไม่เพียงแต่สามารถลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในกระบวนการผลิตอุตสาหกรรมได้อย่างมีประสิทธิภาพ แต่ยังช่วยลดการพึ่งพาเชื้อเพลิงฟอสซิลแบบดั้งเดิม ซึ่งสอดคล้องกับความต้องการด้านการพัฒนาที่ยั่งยืนในปัจจุบัน ด้วยผลกระทบจากการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศที่เพิ่มขึ้น อุตสาหกรรมจึงต้องการหาทางเลือกพลังงานใหม่ ๆ การใช้งานเทคโนโลยีนี้ไม่เพียงแต่จำกัดอยู่ในอุตสาหกรรมกระดาษและเคมีภัณฑ์ แต่ยังอาจมีบทบาทสำคัญในสาขาอื่น ๆ เช่น อุตสาหกรรมยาและอาหาร ซึ่งจะช่วยผลักดันการเปลี่ยนแปลงไปสู่การผลิตที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากขึ้น