Warmte-integratie: hoe we restwarmte niet langer verspillen
Stel je een fabriek voor waar machines dag en nacht draaien. Al die machines worden warm, en die warmte wordt meestal gewoon de lucht in geblazen of met koelwater afgevoerd naar een rivier. Warmte-integratie is de verzamelnaam voor technieken die deze 'weggegooide' warmte alsnog nuttig gebruiken, in plaats van hem verloren te laten gaan.
Het idee is eigenlijk heel simpel, vergelijkbaar met douchen: als je warm water laat weglopen, verdwijnt alle energie die nodig was om het op te warmen in het riool. Er bestaan douche-warmtewisselaars die de warmte uit het afvoerwater overdragen aan het koude water dat de boiler ingaat, zodat je minder hoeft bij te stoken. Warmte-integratie doet dit op veel grotere schaal: van fabrieken, datacenters en rioolwaterzuiveringen naar woonwijken, kassen of andere fabrieken die warmte nodig hebben.
Wat is het precies?
In de basis bestaat warmte-integratie uit drie stappen. Eerst breng je in kaart waar warmte over is (een 'bron') en waar warmte nodig is (een 'vraag'). Dat kan binnen één fabriek zijn, tussen twee buurbedrijven, of tussen industrie en een woonwijk.
Vervolgens moet die warmte fysiek getransporteerd worden. Dat gebeurt via een warmtewisselaar: een apparaat met dunne platen of buizen waarin twee stromen langs elkaar lopen zonder te mengen, zodat warmte van de ene naar de andere stroom overgaat. Voor grotere afstanden wordt de warmte vaak overgebracht naar water dat door geïsoleerde ondergrondse leidingen stroomt, een zogeheten warmtenet of stadsverwarming.
Het lastige punt is temperatuur. Restwarmte van bijvoorbeeld een datacenter of een koelinstallatie is vaak lauw, zeg 30 tot 40 graden Celsius, terwijl een cv-installatie in huis doorgaans 60 tot 70 graden nodig heeft. Om dat gat te overbruggen gebruikt men een warmtepomp: een apparaat dat, met behulp van elektriciteit, warmte van een lage temperatuur 'optilt' naar een hogere temperatuur. Dat kost energie, maar aanzienlijk minder dan wanneer je die warmte helemaal vanaf nul zou moeten opwekken.
In de procesindustrie bestaat ook een meer wiskundige variant: pinch-analyse. Ingenieurs berekenen daarbij precies welke warme en koude stromen in een fabriek het beste aan elkaar gekoppeld kunnen worden via een netwerk van warmtewisselaars, zodat het totale energieverbruik van de installatie minimaal is. Dit gebeurt al sinds de jaren tachtig in de chemie en raffinage, en is daarmee een van de oudste vormen van warmte-integratie.
Wat wil men ermee bereiken?
Het hoofddoel is simpel: minder fossiele brandstof verbranden om warmte te maken, door warmte te hergebruiken die er toch al is. Verwarming van gebouwen en industriële processen is verantwoordelijk voor een flink deel van het totale energieverbruik, en juist dat deel wordt vaak vergeten in de discussie over energietransitie, die zich vaak toespitst op elektriciteit.
Voor de industrie levert warmte-integratie direct lagere energiekosten en een lagere CO2-uitstoot op, zonder dat het productieproces zelf verandert. Voor gemeenten en warmtebedrijven is het een manier om woonwijken van het aardgas af te halen zonder dat iedere woning individueel verbouwd hoeft te worden: een warmtenet vervangt in één keer duizenden cv-ketels.
Er zit ook een systeemkant aan: naarmate er meer datacenters, waterstoffabrieken en elektrische industrie bijkomen, ontstaat er steeds meer laagwaardige restwarmte. Die warmte nuttig inzetten voorkomt niet alleen verspilling, maar vermindert ook lokale hitteproblemen, bijvoorbeeld doordat datacenters minder warm koelwater hoeven te lozen.
Voorbeelden uit de praktijk
Een van de bekendste Nederlandse voorbeelden is de leiding Warmtelinq (voorheen 'Nieuwe Warmteweg'), die sinds 2022 restwarmte van de Rotterdamse haven- en industriecomplexen (waaronder raffinaderijen) via een ondergrondse leiding naar Den Haag transporteert, waar het duizenden woningen verwarmt.
In Zweden gebruikt energiebedrijf Stockholm Exergi al sinds eind jaren 2000 restwarmte uit datacenters en koelinstallaties in de stad om die via het stadsverwarmingsnet te herverdelen; het bedrijf werkt hiervoor onder meer samen met cloudproviders die datacenters in de regio hebben.
In Denemarken verwarmt het datacenter van Meta (Facebook) in Odense sinds 2020 een deel van de lokale woningen via het stadsverwarmingsnet, met behulp van warmtepompen die de restwarmte van de servers optillen naar bruikbare temperatuur.
In Finland gebruikt de Katri Vala-warmtecentrale in Helsinki al sinds 2006 grote warmtepompen om warmte te onttrekken aan gezuiverd rioolwater en aan koude uit de stadsverwarming zelf, en zet dit in twee richtingen in: verwarmen in de winter, koelen in de zomer.
In de Nederlandse glastuinbouw, onder meer in het Westland, wordt al langer restwarmte van naastgelegen industrie of elektriciteitscentrales gebruikt om kassen te verwarmen, vaak gecombineerd met warmteopslag in de bodem (WKO, warmte-koudeopslag) om een piek in de winter en een overschot in de zomer uit te middelen.
Hoe ver is de techniek?
De basistechnologie -warmtewisselaars, geïsoleerde leidingen, warmtepompen- is volwassen en wordt al decennia toegepast; hier zit geen technisch risico meer. Wat nog volop in ontwikkeling is, is de opschaling en de organisatie eromheen.
Een belangrijk obstakel is dat warmtebronnen en warmtevraag zelden op dezelfde plek en op hetzelfde moment samenvallen. Fabrieken kunnen sluiten of hun proces veranderen, waardoor een warmtenet plotseling zonder bron zit; dit risico wordt in Nederland vaak genoemd als reden waarom investeerders en gemeenten voorzichtig zijn met het aanleggen van nieuwe warmtenetten. Ook de juridische en financiële structuur is complex: wie is eigenaar van de leiding, wie draagt het risico als de bron wegvalt, en hoe wordt de prijs voor warmte vastgesteld ten opzichte van gas?
Daarnaast is er een technische beperking bij lage-temperatuurbronnen zoals datacenters: de temperatuur is vaak te laag voor bestaande, oudere warmtenetten die op hoge temperatuur zijn ontworpen. Er wordt daarom hard gewerkt aan warmtenetten van de 'vierde' en 'vijfde generatie', die op lagere temperatuur werken en beter aansluiten bij dit soort restwarmtebronnen, maar de omschakeling van bestaande netten gaat langzaam omdat het ingrijpende aanpassingen aan de infrastructuur vergt.
Kortom: de techniek werkt, maar het tempo van uitrol wordt vooral bepaald door investeringen, regelgeving en de bereidheid van industrie om zich langjarig aan zo'n warmteleverantie te verbinden.
Wie werken eraan?
In Nederland zijn warmtebedrijven zoals Eneco, Vattenfall/Nuon en het provinciale samenwerkingsverband achter Warmtelinq (Gasunie, gemeenten en de provincie Zuid-Holland) de belangrijkste partijen die restwarmte-infrastructuur aanleggen en exploiteren. Ook havenbedrijven, zoals dat van Rotterdam, spelen een rol omdat veel restwarmtebronnen zich in industriële havengebieden bevinden.
Op onderzoeksgebied houden TNO en diverse technische universiteiten (onder meer TU Delft en TU Eindhoven) zich bezig met warmtenetten van de nieuwe generatie en met de pinch-analysetechnieken voor industriële warmte-integratie.
Internationaal lopen Scandinavische landen voorop: Zweedse en Deense energiebedrijven als Stockholm Exergi en Deense stadsverwarmingsbedrijven hebben decennia ervaring met grootschalige warmtenetten en de integratie van uiteenlopende restwarmtebronnen, mede omdat stadsverwarming daar al sinds de twintigste eeuw gangbaar is. Cloudproviders zoals Meta, Microsoft en Google worden in dit verband steeds vaker genoemd als potentiële warmtebronnen, omdat hun datacenters doorlopend koeling nodig hebben.
Verder lezen
- Rijksdienst voor Ondernemend Nederland (RVO) - informatie over warmtenetten en restwarmte
- TNO - onderzoek naar warmtenetten en energietransitie
- Planbureau voor de Leefomgeving (PBL) - analyses van de Nederlandse warmtetransitie
- International Energy Agency (IEA) - internationale data en beleid over industriële restwarmte
- Europese Commissie - beleid rond stadsverwarming en energie-efficiëntie