Lager energieverbruik en CO2-voetafdruk van vloeistofaandrijfpompen

"Meer is meer" is niet meer waar. Het innovatieve verwarmingssysteem van Leybold verlaagt het gemiddelde stroomverbruik met 15% en zorgt ook voor een aanzienlijk snellere opwarmtijd tot 50% in vergelijking met conventionele verwarmingssystemen in diffusie- en olieboosterpompen. De energie-efficiëntieregelaar realiseert verdere reducties door de warmtetoevoer te regelen voor een lagere koolstofvoetafdruk.

Diffusiepompen en olieboosterpompen behoren tot de oudste hoogvacuümtechnologieën die nog steeds worden gebruikt. Dr. Wolfgang Gaede, Duits natuurkundige en pionier op het gebied van vacuümtechniek, ontwikkelde de diffusiepomp in 1915. 

In de daaropvolgende decennia werden vloeistofaandrijfpompen verder ontwikkeld om hun pompsnelheid en gasdoorvoer te optimaliseren. 

Naarmate de gasdoorvoer van de pompen echter toenam, groeide ook de energiebehoefte dienovereenkomstig. Al snel werd aangenomen dat 'meer is meer' en de vraag naar verwarming bleef toenemen. Zelfs vandaag de dag zijn olieboosterpompen met een verdampercapaciteit van meer dan 50 kW niet ongebruikelijk. Wanneer we de verhouding tussen het stroomverbruik en de pompprestaties meten, zijn diffusie- en straalpompen niet bekend als de meest energiezuinige vacuümpompen. Ze worden voornamelijk gebruikt vanwege hun uitzonderlijke prestaties: hoge pompsnelheid, geen draaiende slijtageonderdelen, eenvoudige hantering en zijn zeer robuust. Op veel gebieden is er nog steeds geen ander alternatief, waardoor diffusiepompen tot op de dag van vandaag de allrounder zijn voor veel hoogvacuümtoepassingen. 

Gerelateerd: Lees meer over de toepassingen van diffusiepompen in ons artikel Wanneer is een diffusiepomp de juiste keuze?

Vandaag de dag zijn er nog veel oude vloeistofaandrijfpompen in het veld, vaak zonder besturingseenheden en in continubedrijf, die enorme hoeveelheden energie verbruiken. 

Een zeer klein deel van de energie die een diffusiepomp verbruikt, wordt daadwerkelijk gebruikt om te pompen. Een veel grotere hoeveelheid (ongeveer 80%) wordt gebruikt voor koeling, terwijl nog eens 15-20% als afvalwarmte wordt afgegeven. Tegenwoordig maakt moderne technologie aanzienlijke verbeteringen in het energieverbruik mogelijk. Moderne energiezuinige pompen met besturingseenheden kunnen tot 50% van het energieverbruik besparen in vergelijking met oudere pompen.

Vloeistofaandrijfpompen (met flensmaten van meer dan 250 mm) kunnen gewoonlijk niet gemakkelijk worden vervangen door alternatieve hoogvacuümtechnologie, omdat energiezuinige opties zoals turbomoleculaire pompen een veel lagere pompsnelheid hebben, hoge investeringskosten en niet geschikt zijn voor veel toepassingen omdat ze gewoonweg niet robuust genoeg zijn. Naar schatting zijn er ongeveer 25.000 diffusiepompen geïnstalleerd in industriële installaties. En wereldwijd draagt het gebruik van verouderde, inefficiënte pompen aanzienlijk bij aan milieuvervuiling. De koolstofvoetafdruk van deze technologie kan echter aanzienlijk worden verbeterd door middel van modernisering. 

De meeste fabrikanten gebruiken nog steeds het oude verwarmingssysteem – platen met verwarmingsspiralen, verwarmingsplaten of andere verwarmingselementen die onder de verdamperkamer van de pomp zijn geschroefd. Hun energie-efficiëntie neemt al af doordat de olie eerst door de geleidende, resistente vaste basis van de pomp moet worden verwarmd. Een groot deel van de gebruikte energie gaat ook via de zijkanten en de ondervloer verloren aan het milieu. 

Het innovatieve verwarmingssysteem in de diffusie- en olieboosterpompen van Leybold maakt aanzienlijke verbeteringen mogelijk door de verwarmingseenheid in het verdampervat met de olie te brengen. Hierdoor wordt het thermische verlies door de contactweerstand met andere externe verwarmingselementen verminderd. Alle afgegeven warmte gaat rechtstreeks naar de pompolie en het energieverlies wordt verder verminderd door extra isolatie op de verdamperkamer. Alleen al deze maatregelen verlagen het gemiddelde energieverbruik met 15% in vergelijking met conventionele verwarmingssystemen. Een ander voordeel van directe verwarming is de aanzienlijk snellere opwarmtijd, die tot 50% korter is dan bij conventionele verwarmingssystemen met platen of segmentplaten. Afhankelijk van de toepassing en vanwege de kortere opwarmtijd kan de pomp ook op zeer korte termijn worden ingeschakeld, wat extra energiebesparing oplevert.

Diffusiepompen hebben hun volledige verwarmingscapaciteit alleen nodig tijdens de verwarmingsfase. Tijdens normaal bedrijf of in stand-by is ongeveer 30-70% minder energie nodig. Traditioneel werken pompen echter continu op volle verwarmingscapaciteit, waardoor er meer olie verdampt en vervolgens condenseert dan daadwerkelijk nodig is voor het vereiste zuigvermogen. "Meer is meer" is niet meer van toepassing, omdat meer vermogen geen extra pompcapaciteit oplevert. 

Het gebruik van de door Leybold ontwikkelde Energy Efficiency Controller kan ook potentieel verdere besparingen opleveren: 

• De besturingseenheid meet continu de temperatuur van de oliedamp en houdt deze constant op het vereiste warmteniveau. Als de verdamperkamer warm genoeg is, wordt de warmtetoevoer geregeld en het stroomverbruik aanzienlijk verlaagd. 

• Door het lagere stroomverbruik wordt de levensduur van zowel de verwarmer als de pompvloeistof verlengd. Door de vermogensgeregelde werking van de pomp wordt ook de thermische belasting op slijtageonderdelen verminderd, waardoor de levensduur proportioneel toeneemt. Dit verlaagt ook de onderhoudskosten over het algemeen. 

• Aangezien er gemiddeld minder oliedamp wordt geproduceerd, moet er ook minder oliedamp condenseren op de binnenwanden van de pomp, wat ook kan leiden tot besparingen op het koelsysteem. De temperatuur van het koelwater wordt geregeld, zodat er minder koelwater wordt gebruikt wanneer er minder olie condenseert. Dit verlaagt zowel de kosten als de indirecte koolstofuitstoot. 

Gerelateerd: Lees meer in ons artikel Vacuümpompen kunnen meer kosten dan u denkt: hier zijn 5 manieren om te besparen

Voorbeeld: Werking van een diffusiepomp van 50.000 l/s over een gemiddelde levensduur van 20 jaar (ca.):

Als we uitgaan van een gemiddelde verwarmingscapaciteit van 10 kW voor units die over de hele wereld zijn geïnstalleerd, kan het moderniseren ervan met vloeistofaandrijfpompen de wereldwijde CO₂-uitstoot met meer dan 6 miljoen ton verminderen!

Gerelateerd: Bekijk deze 5 tips om uw diffusiepompen soepel te laten werken.  

Leybold zet zich al jaren consequent in voor de ontwikkeling van vloeistofaangedreven pomptechnologie, zodat deze technologie geschikt kan zijn voor de productie van milieuvriendelijke producten, nu en in de toekomst.

Zowel installatie-exploitanten als OEM's moeten zich afvragen of de vloeistofaandrijvingspomptechnologie die ze gebruiken of van plan zijn te gebruiken, state-of-the-art is. Het gebruik van geavanceerde producten kan leiden tot grote kostenbesparingen en een verbeterde koolstofvoetafdruk.

Exploitanten moeten ook navragen of zij in aanmerking komen voor financiering door hun productie energie-efficiënter te maken. Veel staten steunen het gebruik van energiezuinige producten met zowel belastingvoordelen als bonussen.

*Duitse energiemix 2021: 401 g CO2 per kWh (bron 'Strom Report Blog')

**Gemiddelde kosten van industriële elektriciteit in Duitsland: € 0.135/kWh