産業乾燥は製造プロセスの中で最もエネルギーを消費するプロセスの一つであり、製紙工場、セメント工場、化学工場、食品加工工場がこの技術に依存しています。ほとんどの乾燥プロセスは熱風を使用し、これは天然ガスを燃焼させる必要があり、その際に排出される二酸化炭素は、同時に一部のエネルギーが暖かい排気として失われる原因となります。ドイツのフラウンホーファー界面工学および生物技術研究所の研究者たちは、乾燥エネルギー消費を最大80%削減できる代替案を開発しました。このプロジェクトはLowCarbDryと呼ばれ、Evonik Operations GmbHおよびPergande Groupと共同で開発されています。
このシステムは、電力で生成された過熱蒸気を天然ガスで加熱した空気の代わりに使用し、熱ポンプとスマートスケジューリングソフトウェアを組み合わせて、産業規模での脱炭素化を実現することを目指しています。過熱蒸気噴霧乾燥の試験システムはすでに稼働しています。
LowCarbDryプロジェクトが産業乾燥のエネルギー消費を大幅に削減
この技術の核心理念は、乾燥媒体を変えることにあります。従来の熱風乾燥方法は、入ってくる空気を加熱し、製品中の水分を蒸発させ、その後暖かく湿った空気を排出します。ほとんどの入力エネルギーはこの過程で失われます。しかし、過熱蒸気はこの状況を変えます。フラウンホーファーIGBの研究科学者アンタワン・ダリバード（Antoine Dalibard）はこの変化を次のように説明しています。「湿った製品を熱風で乾燥させるのではなく、閉じた循環システム内で過熱された乾燥蒸気を使用します。」彼はさらに、「閉じたプロセスの気体循環により熱損失を最小限に抑えることができ、プロセスのエネルギー効率は従来の熱風乾燥方法よりも高くなります。」と述べています。
製品中に排出される蒸気は無駄にされず、凝縮され、約90〜100°C（194〜212°F）で熱を放出します。この熱は施設内部に戻されるか、地域の熱供給ネットワークに供給されることができます。
システムの第二層は熱ポンプです。産業乾燥では大量の低温蒸気が生成されますが、単独で使用する場合、これらの蒸気の温度は低すぎて再利用できません。熱ポンプは蒸気の温度を上げ、再び乾燥循環に戻すことができます。具体的な方法の一つは機械蒸気再圧縮で、圧縮機が乾燥プロセス中の余剰蒸気の圧力を上げ、その後圧縮された蒸気を凝縮し、さらなる乾燥の熱源として再利用します。これは蒸気を完全に排出するよりも、全体の効率を大幅に向上させます。第三層はスケジューリングです。システムはモデル予測制御技術を利用し、再生可能エネルギーが十分で価格が低いときに乾燥プロセスを優先的に運転することで、コストを削減し、クリーンエネルギーの使用比率を最大化します。
これら三つの要素を統合することで、総エネルギー消費を最大80%削減できます。
この技術はさまざまな業界でテストされており、過熱蒸気乾燥はベルト乾燥機、ドラム乾燥機、スプレードライヤーに適用可能です。フラウンホーファーIGBチームはさまざまな材料をテストしました。ダリバードは「このプロセスにより、鉱物原材料、建材、有機廃棄物、食品および飼料を乾燥させることができ、製品の品質を保証し、高いエネルギー効率を維持します。」と述べています。現在、試験的なスプレードライヤーシステムが稼働しています。チームは専門化学会社Evonikおよびスプレードライヤー設備製造業者Pergande Groupと協力しており、この組み合わせはプロジェクトを実験室の結果から商業展開へと導く明確な道筋を提供しています。
産業熱エネルギーの脱炭素化は、クリーンエネルギー技術の中で最も活発な分野の一つとなっており、このスケーラブルで電化可能なアプローチは、さまざまな材料や乾燥機のタイプに対応し、一般的な問題を解決することができます。しかし、この話題はその影響を受ける業界の外ではほとんど議論されていません。