Spillvärmen blir Kristinestads styrka

Samtidigt som Kristinestad förbereder sig för omfattande investeringar i datacenter, energiinfrastruktur och andra industriella verksamheter står staden inför en fråga som har blivit allt viktigare globalt: hur kan spillvärme förvandlas från en förbisedd biprodukt till en inkomstkälla?

Denna fråga står i centrum för forskningen som bedrivs av Naganandhini Somalinga Mohanlal, masterstudent vid Vasa universitet. Inom ramen för ett samarbete mellan universitetet, Business Kristinestad och KristinaEco undersöker hon praktiska och ekonomiskt lönsamma sätt att utnyttja överskottsvärme i en stad med cirka 6 000 invånare. Projektet utgör grunden för hennes examensarbete och kan även leda vidare till en doktorsexamen.

Naganandhini, som kommer från Tamil Nadu i södra Indien, har en bred akademisk bakgrund. Innan hon påbörjade sina studier vid Vasa universitets utbildningsprogram för hållbara och autonoma system studerade hon även livsmedelsproduktion och har bott och studerat både i Sverige och Britannien. Denna kombination av kompetenser har visat sig vara särskilt värdefull i forskningen om hur spillvärme skulle kunna stödja livsmedelsproduktion och andra lokala industrigrenar.

Hennes intresse för området väcktes genom studier i energiåtervinning, där man fokuserar på att samla in och utnyttja energi som annars skulle gå till spillo.

”Titta dig omkring så ser du hur mycket energi som går till spillo”, säger hon.

Lågtemperaturvärme begränsar alternativen

En av de största utmaningarna är att den tillgängliga spillvärmen ofta har relativt låg temperatur. Industriella processer kan fungera vid temperaturer på flera hundra grader Celsius, men den värme som frigörs som spillvärme är vanligtvis betydligt svalare.

Naganandhini förklarar att en process som arbetar vid cirka 200 °C kan generera spillvärme med en temperatur på endast cirka 45 °C. Även om denna värme fortfarande har ett värde är den inte tillräckligt varm för många industriella tillämpningar utan ytterligare uppvärmning. Att höja temperaturen ytterligare kräver extra energi, vilket kan försämra både effektiviteten och den ekonomiska lönsamheten.

Därför fokuserar hennes forskning på att hitta tillämpningar där spillvärmen kan utnyttjas direkt utan omfattande vidareförädling.

De mest lovande möjligheterna är hydroponisk odling – en metod där växter odlas utan jord – samt traditionell växthusodling. Båda systemen gynnas av måttliga temperaturer och skulle eventuellt kunna utnyttja spillvärmen med relativt liten extra energiförbrukning. Målet är inte enbart att hitta användningsområden för överskottsvärme, utan att identifiera ekonomiskt och miljömässigt hållbara lösningar.

Hydroponik har framträtt som ett särskilt lovande alternativ. Eftersom växterna odlas i näringsrikt vatten i noggrant kontrollerade miljöer kan vattenodlingssystemen effektivt utnyttja jämna värmekällor. Om spillvärmens temperaturer väl motsvarar driftskraven behövs eventuellt endast en liten temperaturreglering.

För en kommun som Kristinestad, där spillvärme från industrin kan komma att bli allt vanligare, kan vattenodling erbjuda en lockande långsiktig lösning.

Traditionell växthusodling på jord erbjuder ett annat alternativ. Spillvärme skulle kunna förlänga odlingssäsongerna och stödja den lokala livsmedelsproduktionen under Finlands långa vintrar. Växthusdriften medför dock säsongsbundna utmaningar. På sommaren kan överskottsvärme bli ett problem, vilket kräver extra kylning eller ventilation.

Varje genomförbar lösning måste därför ta hänsyn till de betydande säsongsvariationerna.

Avståndet är en avgörande faktor

Det nordiska klimatet innebär ett ytterligare hinder: avståndet. I stora städer kan man ofta utnyttja spillvärme i fjärrvärmesystem. Kristinestad är dock en relativt liten kommun, där potentiella användare kan befinna sig en bit bort från framtida källor till spillvärme.

När värmen transporteras genom rör går en del av energin oundvikligen förlorad. Under kalla vinterförhållanden kan vatten som lämnar anläggningen med en temperatur på 45 °C anlända till sin destination flera grader kallare. Dessa förluster är en viktig faktor att beakta när man utvärderar den ekonomiska genomförbarheten för ett projekt.

Idéer från Norge

För att hitta möjliga lösningar har Naganandhini undersökt exempel från Norge, där datacenter och industrianläggningar utnyttjar spillvärme antingen för att värma upp byggnader eller för att stödja närliggande industriprocesser.

Hon har även granskat exempel närmare hemma, såsom avfallsbehandlingsanläggningar där värme som alstras i ett produktionssteg utnyttjas i ett annat steg. Dessa exempel tyder på att framgången för fungerande system ofta beror på att värmeproducenter och värmeanvändare ligger nära varandra.

Årstiderna komplicerar lösningarna

Säsongsvariationer är fortfarande en central fråga. Spillvärme kan vara mycket värdefull på vintern, men efterfrågan sjunker ofta kraftigt på sommaren. Istället för att förlita sig på dyra, långsiktiga värmelagringssystem föreslår Naganandhini att olika användningsområden skulle kunna prioriteras under olika tider på året.

Fiskodling kräver noggrant reglerade vattentemperaturer, och en rimlig användning av spillvärme där skulle kunna bidra till att upprätthålla lämpliga förhållanden under de varmaste månaderna, när uppvärmningsbehovet på andra håll är mindre. Ett sådant tillvägagångssätt skulle kunna erbjuda en alternativ användning för spillvärme under sommaren, som annars kanske skulle gå till spillo.

Maskininlärning kan öppna upp nya möjligheter

En av projektets mest innovativa aspekter är användningen av maskininlärning.

Naganandhini föreslår att man utvecklar prognosmodeller som kan förutsäga både produktionen av spillvärme och dess användningsmönster. Genom att analysera driftsdata på timbasis skulle forskarna kunna bedöma den framtida tillgången på värme och fastställa hur den på effektivast sätt skulle kunna fördelas till olika användningsområden.

Sådana verktyg skulle kunna ligga till grund för bättre investeringsbeslut och samtidigt hjälpa kommuner och företag att maximera resurseffektiviteten.

Projektet genomförs i samarbete med flera partner.

”Jag vill tacka Vasa universitet, Scale24 och Business Kristinestad för denna möjlighet”, sade Naganandhini.