Pompa ciepła w mleczarni? Czyli od chłodzenia mleka do pasteryzacji

• Potencjał rynkowy pomp ciepła w samym europejskim przetwórstwie mleka szacowany jest na ponad 42 MW, co oznacza możliwość wdrożenia blisko 19 500 nowoczesnych jednostek wysokotemperaturowych.
• Kluczem do efektywności jest integracja procesów: wielkoskalowe pompy ciepła potrafią odzyskiwać ciepło odpadowe z chłodzenia mleka i podnosić jego temperaturę do ponad 90°C na cele pasteryzacji.
• Pilotażowe wdrożenia w dużych koncernach przetwórczych potwierdzają, że rezygnacja z kotłów gazowych pozwala obniżyć emisję CO₂ w wybranych procesach nawet o 59% i generować ogromne oszczędności finansowe.

Czy sektor mleczarski może całkowicie zrezygnować z paliw kopalnych w procesach przetwórczych? Choć branża ta kojarzy się głównie z produktami spożywczymi, pod kątem technologicznym stanowi jeden z najbardziej energochłonnych obszarów przemysłu. Według danych Europejskiego Stowarzyszenia Pomp Ciepła (EHPA), zakłady przetwórstwa mleka wciąż pokrywają od 60% do 80% swojego zapotrzebowania na energię za pomocą paliw kopalnych, głównie gazu ziemnego. Rosnące wymogi unijnej polityki klimatycznej oraz duża zmienność cen surowców zmuszają jednak producentów do poszukiwania alternatywnych rozwiązań, a kluczową rolę zaczynają tu odgrywać wielkoskalowe pompy ciepła. 

Jaki jest potencjał pomp ciepła w przetwórstwie ?

Przemysł spożywczy zajmuje drugie miejsce pod względem potencjału wdrożenia pomp ciepła, ustępując w sektorze przemysłowym jedynie branży papierniczej. Analizy przeprowadzone przez centrum badawcze EURAC w ramach unijnego projektu SPIRIT wskazują, że potencjał rynkowy dla samego przetwórstwa mleka szacowany jest na 42,6 MW. Przekłada się to na możliwość zainstalowania około 19 500 jednostek w skali całej Europy. 

Czas potrzebny na pełną transformację tego rynku zależy od tempa rozwoju technologii oraz ram prawno-politycznych, jednak technologia wysokotemperaturowa jest już w pełni dojrzała. Narzędziem mającym przyspieszyć te zmiany jest unijny projekt BETTED (Boosting the Energy Transition of the Dairy Value Chain), którego celem jest wspieranie transformacji energetycznej w łańcuchu dostaw nabiału i pomoc firmom w integracji systemów pomp ciepła. Docelowo program ten zakłada osiągnięcie oszczędności energii pierwotnej na poziomie nawet 75%.

Jak działają pompy ciepła w mleczarniach ?

Specyfika przetwórstwa mleka wymaga jednoczesnego stosowania procesów chłodzenia oraz ogrzewania. Mleko po przyjęciu do zakładu musi zostać schłodzone, natomiast późniejsze etapy, takie jak pasteryzacja, produkcja serów czy suszenie rozpyłowe, wymagają dostarczenia ciepła technologicznego o wysokiej temperaturze. Tradycyjne zakłady realizują te procesy rozdzielnie: chłód produkują agregaty chłodnicze, a ciepło kotły gazowe lub parowe. Wielkoskalowe pompy ciepła zmieniają to podejście poprzez integrację obu systemów. Urządzenia te potrafią odzyskiwać ciepło odpadowe z procesów chłodzenia lub instalacji mycia i podnosić jego temperaturę do poziomu wymaganego przez technologię produkcji. Nowoczesne pompy wysokotemperaturowe dostarczają wodę technologiczną o temperaturze przekraczającej 90°C, a w niektórych przypadkach pozwalają na bezpośrednie generowanie pary technologicznej.

• Zobacz również: Ciepło z mleka, prąd ze słońca i biogaz z odpadów. Tak wygląda inteligentne gospodarstwo

Przykłady z rynku, czyli oszczędności finansowe i redukcja emisji

Teoretyczne założenia znajdują odzwierciedlenie w konkretnych wdrożeniach na rynku europejskim. Francuski producent mleka i serów zdecydował się na zastąpienie dotychczasowych kotłów gazowych oraz mało efektywnych agregatów chłodniczych zintegrowanym systemem odzysku ciepła i wysokotemperaturową pompą ciepła marki Trane. Efektem tej inwestycji jest obniżenie emisji CO₂ o 10% oraz oszczędności finansowe sięgające 125 000 euro rocznie.

Podobne kroki podjął koncern FrieslandCampina w swoich zakładach produkcyjnych. W jednej z fabryk sera firma zainstalowała konwencjonalne pompy ciepła połączone z innowacyjną pompą parową. System ten przechwytuje ciepło odpadowe, które wcześniej było bezpowrotnie tracone w wieżach chłodniczych, podnosi jego parametry i zawraca do sieci jako parę technologiczną. Wdrożenie to pozwoliło zakładowi na redukcję emisji CO₂ o jedną trzecią. Z kolei zastosowanie pomp ciepła w energochłonnym procesie suszenia rozpyłowego mleka dla marki Arla przyniosło spadek emisji dwutlenku węgla aż o 59%.

Od czego zależy opłacalność inwestycji?

Wdrożenie wielkoskalowej pompy ciepła w zakładzie przemysłowym nie jest procesem seryjnym, lecz wymaga indywidualnego podejścia inżynieryjnego. Sukces inwestycji zależy od dokładnego mapowania profili energetycznych fabryki i znalezienia optymalnych punktów odbioru ciepła odpadowego. Kluczowym czynnikiem decydującym o tempie zwrotu z inwestycji pozostaje jednak relacja cen energii elektrycznej do cen gazu na danym rynku. 

Aby stymulować transformację, Unia Europejska planuje wdrożenie dedykowanego planu działań na rzecz elektryfikacji (Electrification Action Plan). Ma on na celu zwiększenie konkurencyjności energii elektrycznej względem paliw kopalnych. Dodatkowym impulsem dla menedżerów zakładów są mechanizmy wsparcia finansowego, takie jak dotacje z funduszy unijnych czy krajowe systemy wsparcia dekarbonizacji przemysłu, które znacznie obniżają początkowe koszty inwestycyjne.

Źródła: EHPA, Projekt SPIRIT, Projekt BETTED, oraz własne