Wettbewerb „Grüne Brennereien“: Machbarkeitsberichte für Phase 1

Dec 18, 2023

Aktualisiert am 24. November 2021

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Unter der Leitung von Edrington zusammen mit dem Beratungsunternehmen Allen Associates.

Hochtemperatur-Wärmepumpen (HTHP) haben das Potenzial, minderwertige Wärme in Dampf für den Einsatz in einer Vielzahl von Brennereianwendungen umzuwandeln. Sie haben den Vorteil, dass sie die Gesamtenergieeffizienz verbessern und die Umstellung auf erneuerbaren Strom aus fossilen Brennstoffen ermöglichen. Edrington möchte diese Technologie im industriellen Maßstab in der Brennerei und Mälzerei Highland Park in Kirkwall erforschen. Im Rahmen des Projekts wird ein innovatives Wärmerückgewinnungssystem für Destillieranlagen mit einem HTHP als Herzstück entwickelt. Der erzeugte Dampf wird zum Beheizen der Malztrocknungsöfen verwendet, wodurch Koks als Brennstoffquelle für diesen Prozess ersetzt und die damit verbundenen Kohlenstoffemissionen vermieden werden.

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Unter der Leitung von John Fergus & Co Ltd zusammen mit Arup.

Dieses Projekt wird sich insbesondere auf das Potenzial konzentrieren, Wasserstoff in der Brennerei zu nutzen, um die benötigte Prozesswärme deutlich zu dekarbonisieren. Der Wasserstoff könnte auf zwei Arten hergestellt werden: durch die Umwandlung des in der örtlichen AD-Anlage erzeugten Gases vor Ort in Wasserstoff und durch Elektrolyse lokaler erneuerbarer Energien vor Ort. Alternativ könnte es von anderen lokalen größeren Herstellern vor Ort an den Standort geliefert werden.

Die Brennerei hat bereits eine Studie durchgeführt, die sich mit der Energie befasst, die aus den PV-Modulen auf dem Dach des Lagerhauses erzeugt werden könnte. Diese Daten werden in die Studie einfließen, um die Wasserstoffproduktionskapazität zu bestimmen. Die Studie wird auch die Auswirkungen dieser zusätzlichen erneuerbaren Energieerzeugung auf das elektrische System untersuchen, das die Brennerei versorgt. Die Nutzung des Wasserstoffs innerhalb des bestehenden, aber umgebauten Erdgasdampfkessels oder eines neu installierten Wasserstoffsystems, das den verbleibenden Erdgasbedarf des Standorts verdrängt.

Darüber hinaus war der CO2-Fußabdruck der Brennerei Gegenstand einer früheren Studie. Dies wird dazu beitragen, die potenziellen CO2-Einsparungen eines solchen Systems zu bestätigen.

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Die Uist Distilling Company Ltd.

Der Destillationsprozess wird in den meisten in Betrieb befindlichen Brennereien durch die Erzeugung von Dampf durch die Verbrennung von Heizöl oder Erdgas angetrieben. Bei diesem Projekt wird die Möglichkeit in Betracht gezogen, eine neue Brennerei von Anfang an kohlenstoffarm zu gestalten, indem die Brennerei mit einer Kombination aus einem Wasserstoffbrenner und indirekter Erhitzung eines Thermoöls anstelle von herkömmlichem Dampf betrieben wird.

Dieses innovative technische Design nutzt die indirekte Verbrennung von Wasserstoff, um eine sicherere Betriebsumgebung und eine kostengünstigere Lösung als die direkte Verbrennung zu schaffen. Ziel des Projekts ist es, die Machbarkeit der Erzeugung von Wasserstoff vor Ort durch die Installation erneuerbarer Energieerzeugung und praktikabler Vermarktungswege für überschüssigen erzeugten Wasserstoff zu bewerten. Die Produktion von Wasserstoff außerhalb des Standorts mithilfe betrieblicher erneuerbarer Energieanlagen und der Transport zum Standort werden ebenfalls untersucht. Die technisch-ökonomische Machbarkeit solcher Energiesysteme wird im Kontext der nationalen und regionalen Energiestrategie und des Übergangs zu einer Wasserstoffwirtschaft bewertet und diskutiert.

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Die Uist Distilling Company Ltd.

Dieses Projekt erwägt die Möglichkeit, eine neu gebaute Brennerei über einen elektrisch betriebenen Hochtemperatur-Wärmespeicher zu betreiben, im Gegensatz zum kontrafaktischen Fall von Ölbrennern auf Basis fossiler Brennstoffe. Ein erheblicher Anteil bestehender und neuer Brennereien liegt in ländlichen Gebieten, in denen die elektrische Infrastruktur stark eingeschränkt ist. Dies schränkt die Möglichkeiten für die Erzeugung neuer erneuerbarer Elektrizität ein, da eine Einspeisung ins Netz nicht möglich ist.

Der isolierte Hochtemperatur-Wärmespeicher nutzt Strom, um die Innentemperatur des Speichermediums zu erhöhen, die dann in Prozesswärme umgewandelt werden kann. Diese Prozesswärme kann schnell (unter einer Sekunde) abgegeben werden, wodurch die Energie flexibel und möglichst effizient genutzt werden kann. Dieses innovative Brennstoffwechseldesign ermöglicht eine weitere Integration mit erneuerbaren Stromquellen und entlastet lokale Netzbeschränkungen durch eine flexible und steuerbare Last. Das Ergebnis ist eine kohlenstofffreie oder kohlenstoffarme Brennerei mit geringerem Energiebedarf und höherer Ressourceneffizienz, die in der gesamten Destillationsindustrie reproduziert und in anderen industriellen Gewerbeumgebungen mit hohem Wärmeenergieverbrauch eingesetzt werden kann.

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Locogen Ltd.

In diesem Projekt wird die Machbarkeit der Umstellung einer in Betrieb befindlichen Brennerei von Heizöl auf Wasserstoffbrenner bewertet, die direkte Prozesswärme für die Destillation bereitstellen. Die direkte Verbrennung des Wasserstoffs in Brennern würde die Nachrüstung der Brennstoffverteilungs- und Kesselsysteme innerhalb der Brennerei erfordern, während auch die Möglichkeit untersucht wird, Wasserstoff außerhalb des Standorts zu erzeugen und vor Ort zu transportieren.

Dieses innovative Brennstoffumstellungsprojekt ermöglicht die Integration mit erneuerbaren Energiequellen vor Ort oder außerhalb, die durch Elektrolyse Wasserstoff erzeugen können. Die technisch-ökonomische Machbarkeit solcher Energiesysteme wird im Kontext nationaler und regionaler Energiestrategien und des Übergangs zu einer Wasserstoffwirtschaft bewertet und diskutiert. Das Projekt wird eine CO2-freie oder kohlenstoffarme Brennerei realisieren, die von der Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen befreit wird und in der gesamten Destillationsindustrie reproduziert und in anderen industriellen kommerziellen Umgebungen mit hohem Wärmeenergieverbrauch eingesetzt werden kann. Das Projekt wird die Möglichkeiten zur Beschleunigung der Wasserstoffwirtschaft aufzeigen.

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Unter der Leitung von Sunamp mit Unterstützung der Heriot Watt University.

Sunamp wird anhand der Machbarkeitsstudie „Green Distilleries“ demonstrieren, wie PCM-Wärmespeicher sowohl alten als auch neuen Brennereien einen sicheren und belastbaren Weg für die Brennstoffumstellung auf erneuerbare und kohlenstoffarme Technologien als Hauptmethode der Wärmeerzeugung bieten. Mithilfe der Energie- und Prozessmodellierung von Heriot Watt, mit Daten aus der Destillerie auf dem Campus sowie mit Industriebeiträgen werden wir zeigen, wie ein großer (MWh) PCM-Wärmespeicher zur Umwandlung, Erfassung und Speicherung erneuerbarer Energieerzeugung genutzt werden kann am Ort des Bedarfs genutzt werden, wodurch die Erzeugung effektiv vom Bedarf entkoppelt wird.

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Umweltressourcenmanagement Limited.

Wasserstoff hat das Potenzial, die Hitze in britischen Brennereien zu dekarbonisieren. Allerdings kann der Transport von Wasserstoff zu Brennereien, oft an abgelegenen Orten, eine Herausforderung sein. Eine mögliche Lösung besteht darin, den Wasserstoff mithilfe eines flüssigen organischen Wasserstoffträgers (LOHC) zu transportieren und zu speichern. LOHC kann eine ähnliche Menge Wasserstoff pro Volumeneinheit transportieren wie flüssiger Wasserstoff und kann dies bei atmosphärischer Temperatur und atmosphärischem Druck sicher und sauber tun. Der Transport kann mit herkömmlichen Tankfahrzeugen erfolgen und die Lagerung in vorhandenen Treibstofftanks erfolgen.

Ziel des Projekts ist es, die Machbarkeit des Einsatzes von LOHC zur Dekarbonisierung der Brennereiindustrie zu ermitteln und einen Plan zu entwerfen, um dessen technische Leistung, Umwelt-, Gesundheits- und Sicherheitseigenschaften sowie Lebenszykluskosten zu demonstrieren.

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Supercritical Solutions Ltd.

Das Elektrolysesystem von Supercritical wird Wasserstoff vor Ort mit beispielloser Effizienz und minimalen Kosten mit erneuerbarer Energie produzieren, unterstützt durch Abwärme unserer Partnerbrennerei. Der grüne Wasserstoff wird in das Wärme- oder Stromsystem der Brennerei zurückgeführt, um deren Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen zu minimieren und den Weg zu einer kohlenstofffreien Brennerei aufzuzeigen, die nur auf ihre lokalen natürlichen Ressourcen angewiesen ist. Die Demonstration wird die erste ihrer Art sein und Brennereien und anderen Branchen im gesamten Vereinigten Königreich den Weg ebnen, davon zu profitieren.

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Unter der Leitung der Cornish Geothermal Distillery Company (CGDC) zusammen mit den Industriepartnern Geothermal Engineering Limited (GEL), Buro Happold und Forsyths.

Dieses bahnbrechende Projekt zielt darauf ab, eine kostengünstige Hochtemperatur-Wärmepumpenlösung zu demonstrieren, die in der Lage ist, wärmeintensive Brennereiprozesse (von der Fermentation über die Destillation bis zur Reifung) unter Nutzung minderwertiger industrieller Abfallwärmequellen anzutreiben. Der Schwerpunkt der Studie liegt zunächst auf der Abwärme des ersten Geothermiekraftwerks Großbritanniens beim United Downs Deep Geothermal Project, wo 80-Grad-Wärme als Nebenprodukt des Stromerzeugungsprozesses zur Verfügung steht. Dieser Wärmestrom wird durch ein Wärmepumpensystem erhöht, um Dampf für die Brennerei zu erzeugen und so eine stabile, konsistente und nachhaltige Energieversorgung ohne Kohlenstoffemissionen und erhebliche Energieeinsparungen zu gewährleisten.

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Unter der Leitung des European Marine Energy Centre zusammen mit dem Forschungspartner Napier University und den Industriepartnern Edrington und Orkney Distilling Limited.

HySpirits 2 wird die weltweit erste wasserstoffbetriebene Brennerei liefern; Dies zeigt, dass die Umstellung von Kraftstoffen auf saubere, umweltfreundliche Lösungen überall möglich ist. In der ersten Phase des Projekts werden vier verschiedene Technologiepfade bewertet, um den Wechsel zu grünem Wasserstoff als Brennstoff im Destillationssektor zu erleichtern und eine vollständige Dekarbonisierung dieses industriellen Prozesses zu ermöglichen. Um dies zu erreichen, wird EMEC sein weltweit führendes Fachwissen in der angewandten Forschung und Entwicklung zur Produktion von grünem Wasserstoff unter Verwendung von Wind- und Gezeitenenergie auf den Orkney-Inseln nutzen. Das industrielle Dekarbonisierungsteam der Edinburgh Napier University wird 20 Jahre Erfahrung aus dem Destillationssektor einbringen. Schließlich werden die globale Brennereigruppe Edrington (Eigentümer der Highland Park Distillery auf den Orkney-Inseln) und Orkney Distilling (ein Boutique-Brennereiunternehmen im Besitz der Orkney-Inseln) Beiträge von Endbenutzern liefern, eine Markteinführungsstrategie unterstützen und bei der Planung einer Pilotdemonstration helfen.

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Colorado Construction & Engineering Ltd.

Es werden Dual-Fuel-Wasserstoff-/NG-Brenner entwickelt, die gemeinsam mit Biokraftstoffen befeuert werden können. Dies ermöglicht einen sofortigen Beginn der Dekarbonisierung von Brennereien unter Verwendung grüner flüssiger Biokraftstoffe, die mit Erdgas als Co-Treibstoff betrieben werden, mit einem direkten Übergang zu grünem/blauem Wasserstoff, sobald dieser verfügbar ist. Beim Übergang zu 100 % Wasserstoffkraftstoff mit 100 % Dekarbonisierung wird ein Tri-Fuel-Betrieb mit Wasserstoff, Erdgas und Biokraftstoffen möglich sein. Erdgas/Wasserstoff-Dual-Fuel-Brenner mit axial abgestufter Biokraftstoffeinspritzung werden eingesetzt, um schwer zu verbrennende Abfall-Biokraftstoffe wie Pot Ale-Sirup und Glycerin zu nutzen. Sowohl dampfbeheizte als auch direkt befeuerte Brennereien werden Teil des Programms sein.

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Unter der Leitung von Colorado Construction & Engineering Ltd, einem Unternehmen für die Planung und Installation von Brennereien, dem Brennerhersteller CBS Ltd und dem Forschungspartner University of Leeds.

Abfalldestillationsbiomasse, DRAFF und PAS sowie andere Abfallbiomasse werden in einem neuartigen Mitteltemperaturvergaser diskontinuierlich vergast, wodurch Teerbildung vermieden wird. Das heiße Vergasergas wird an einen neu entwickelten Brenner weitergeleitet, der sowohl Dampf- als auch direktbefeuerte Brennereien beheizt. Zur Optimierung der Vergaserleistung werden CO- und Gastemperatur-Peak-Controlling eingesetzt. Der Vergaserbrenner wird zunächst mit Erdgas betrieben, es wird jedoch ein kombinierter Brenner aus Biokraftstoff, Erdgas und Wasserstoff entwickelt, um die Dekarbonisierungseffizienz auf 100 % zu steigern, die möglich sein wird, sobald grüner/blauer Wasserstoff verfügbar ist.

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Bennamann GmbH

Das Bennamann-Atlantic-Projekt für flüchtiges Methan wird das Fachwissen und die Erfahrung zweier Pionierunternehmen aus Cornwall vereinen, um eine innovative branchenweite Lösung zur Umstellung auf Kraftstoffe mit erheblichem Potenzial zur CO2-Einsparung bereitzustellen. Die Lösung wird leicht reproduzierbar und skalierbar sein, lokale Energienetzwerke fördern und eine für beide Seiten vorteilhafte branchenübergreifende Interaktion unterstützen.

In der Machbarkeitsstudie werden die Vorteile der Umstellung des Brennstoffs auf kohlenstoffnegatives, flüchtiges Methan untersucht, das aus abgedeckten anaeroben Güllelagunen gewonnen wird, indem die Methanausbeute aus letzteren mithilfe von Sickerwasser aus organischen Abfällen von Brauereien und Brennereien erhöht wird. Dieser neuartige Ansatz wird einen geschlossenen Energiekreislauf zwischen Energieanbieter und -nutzer schaffen und die CO2-Einsparungen durch den Brennstoffwechsel maximieren.

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St. Andrews Brewers Limited.

Die Herstellung von Malt Whisky ist ein energieintensiver Prozess, wobei die Destillation den größten Teil des Wärmebedarfs der Brennerei ausmacht. In der Eden Mill Distillery entfallen etwa 70 % des Wärmebedarfs auf die Destillation.

Die Brennerei Eden Mill ist dabei, ihre Brennerei auf den Eden Campus der St. Andrews University zu verlegen. In dem Gebäude, mit dem sie eine gemeinsame Innenwand haben, befindet sich ein Biomasse-Energiezentrum, das den Hauptcampus der St. Andrews University und den Eden Campus mit Fernwärme versorgt. Dies stellt eine große Warmwasserquelle dar, die von der Brennerei genutzt werden kann.

Das erzeugte heiße Wasser kann direkt zum Maischen und Reinigen in der Brennerei verwendet werden. Die Destillation erfordert eine höhere Temperatur, und diese soll mithilfe einer Wärmepumpe erreicht werden, um heißes Wasser zu erzeugen, von dem angenommen wird, dass es in der Lage ist, den Großteil des Destillationsprozesses in Verbindung mit Dampf über einen zweistufigen externen Wärmetauscher anzutreiben.

Für die Erzeugung des für die zweite Stufe der Wärmetauscher benötigten Dampfes soll grüner Wasserstoff aus vor Ort erzeugtem erneuerbarem Strom genutzt werden.

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Protium Green Solutions Limited.

Im Rahmen des HyLaddie-Projekts kommen Bruichladdich Distillery, Protium Green Solutions und ITPEnergised zusammen, um eine bahnbrechende Heiztechnologie zu bewerten, die Bruichladdich's Distillery dabei helfen soll, ihr Netto-Null-Emissionsziel für 2025 zu erreichen. Im Rahmen des Projekts wird die Machbarkeit des Einsatzes eines Wasserstoffdampfkesselsystems bewertet, das von Protiums Tochterunternehmen Deuterium kommerzialisiert wird. Bei dem System handelt es sich um eine dynamische Brennkammer (DCCTM), die das Konsortium in der Bruichladdich-Brennerei einsetzen will, mit dem Ziel, eine Alternative zu den derzeit verwendeten Mittelölkesseln zu bieten.

Der DCCTM ist ein innovativer Brennwertkessel, der Wasserstoff verbrennt, um Dampf in Industriequalität zu erzeugen. Da der Brenner auf grünen Wasserstoff als Rohstoff setzt, stößt er keine Treibhausgase oder Schadstoffe aus und kommt ohne Schornstein aus. Der Abschluss des Phase-1-Wettbewerbs „Grüne Brennereien“ der Small Business Research Initiative (SBRI) wird einen gangbaren Weg zu Bruichladdichs Netto-Null-Ziel für 2025 darstellen.

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Ein Konsortium aus Highland Park Distillery, SSE Utility Solutions, Lumenion GmbH, Adrian Wilson (unabhängiger Berater) unter der Leitung von Protium Energy Ltd.

Ein Konsortium aus Highland Park Distillery, SSE Utility Solutions, Lumenion GmbH, Adrian Wilson (unabhängiger Berater) und Protium Energy Ltd wurde gegründet, um die derzeit in der Orkney-Brennerei verbrannten Kerosinbrennstoffe zu entfernen und Dampf für den Destillationsprozess zu erzeugen. Ziel ist es, diesen CO2-emittierenden Prozess durch eine direkte und hocheffiziente Umwandlung erneuerbarer Energie in CO2-freie Hochtemperatur-Prozesswärme zu ersetzen.

In der Studie wird die Möglichkeit eines Hochtemperatur-Wärmespeichers untersucht, der Strom (sofern verfügbar) als Wärme speichert und diese Wärme dann (bei Bedarf) in Dampf umwandelt. Orkney verfügt im Vereinigten Königreich über den einzigartigen Vorteil, dass 120 % des aktuellen Strombedarfs aus erneuerbaren Energiequellen gedeckt werden, es gibt jedoch auch Einschränkungen im Stromnetz, die eine erhebliche Kürzung der Stromerzeugung erforderlich machen. Die Inseln verfügen über ein aktives Netzwerkmanagementsystem, das versucht, durch die Einführung kontrollierter Lasten wie Elektrofahrzeuge mehr Strom aus erneuerbaren Energiequellen zu verbinden. Es ist sehr wahrscheinlich, dass die Hinzufügung einer schaltbaren Multi-Megawatt-Last das System verbessern und noch mehr erneuerbare Energie auf dem Archipel ermöglichen und gleichzeitig die kostengünstige, aber ansonsten eingeschränkte Stromproduktion nutzen würde.

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