Forskarperspektiv: Vill se bioetanol som köldbärare

Sverige är bäst i klassen vad gäller köldbärarvätskor, bioetanol är bästa valet och allt pekar på att forskning och framtid handlar om att ta miljöanpassningen till nästa nivå. Det menar Monika Ignatowicz vid KTH Energiteknik som länge forskat kring köldbärarnas egenskaper.

Etanol eller glykol i vattnet – hur blandar jag den bästa köldbäraren, vad är bästa receptet för att kunna ta värme från berget till värmepumpen? Enligt Monika Ignatowicz, doktorand och forskningsingenjör på KTH, talar det mesta för etanol.

– Jag rekommenderar bioetanol. Som forskare ser jag att det är den produkt som bäst uppfyller de krav vi måste kunna ställa på en modern köldbärare, säger hon.

De krav Monika Ignatowicz tänker på handlar främst om låg pumpeffekt, bra termofysikaliska egenskaper, låg giftighet och bra miljöegenskaper – och det uppfyller främst bioetanol, menar hon.

Egenskaperna varierar

– Etanol löser sig relativt lätt i vatten, den har låg fryspunkt och eventuella läckage innebär vanligen inte något större miljöproblem, etanol oxiderar och bryts ner naturligt, förklarar Monika Ignatowicz.

Om det finns läckage i marken har bioetanol kortast nedbrytningstid, mellan tio och 28 dagar och redan tionde dagen är 90 procent nedbrutet. Glykol kräver upp till 90 dagar för att brytas ned.

Geoenergiindustrin vill ha enkla köldbärare, menar hon, och dit räknas inte propylenglykol som är giftigt. Köldbärarvätskor som bygger på salt såväl som glykol – där olja används vid tillverkningen, kräver destruktion och det är omständligt. Då ska systemet tömmas och innehållet skickas i container till en anläggning för destruktion, eller återvinning. Destruktion görs i alla kommuner och på några få ställen finns företag som återvinner glykolen genom att separera den från vätskan.

– Det är också svårt att få till bra saltbaserade köldbärare. De är termofysikaliskt bra och har bra miljöegenskaper, men de är korrosiva, de fräter och det kräver korrosionsskydd

Monika Ignatowicz, KTH Energiteknik.

Olika länder olika skydd

Olika länder använder olika frostskydd i vattenlösningen. I USA och Kanada är metanol och propylenglykol vanliga. Europa använder främst etanol, salt och propylenglykol. I Finland, som har ett förhållandevis kallt klimat, körs systemen med låga temperaturer och det ställer stora krav på frostskyddet. Det krävs då en högre koncentration av etanolen, vilket medför andra och besvärligare brandskyddsklasser än vid den koncentration vi normalt använder.

– Tyskland har strikta normer för hur borrhålen ska designas, men det är tråkigt att propylenglykol fortfarande är största och enda köldbärare, tycker Monika Ignatowicz.

Metanol som används som köldbärare i USA har en bra prestanda, låg energianvändning och pumpeffekt, men det är väldigt giftigt. År 2000 förbjöds det inom EU. USA har börjat konvertera sina system till propylenglykol eller bioetanol.

Etanol dominerar

I Sverige använder vi över 80 procent bioetanol. Men även om detta är den köldbärare Monika Ignatowicz förespråkar kan hon i sin forskning visa på stora skillnader mellan olika etanolbaserade köldbärare och de egenskaper som påverkar värmeövergångstalen.

Den vanligaste etanolbaserade produkten i Sverige visade sig ha bäst egenskaper bland alla produkter i Europa – tio procent högre värmeöverföring och tre procent lägre tryckfall jämfört med andra etanolbaserade produkter.

En utmaning är att etanol har relativt hög brännbarhet. Stora anläggningar med många borrhål sänker gärna koncentrationen. Är den för hög sjunker flampunkten och dagens gräns för vad som klassas som brandfarligt är 30 grader celcius. I Sverige är det vanligt med 25 procentig koncentration, och det innebär en flampunkt som ligger ganska nära gränsen.

– Ju lägre koncentration desto bättre prestanda för värmepumpen, förklarar hon. Det krävs mindre pumpeffekt och mindre energi för att snurra köldbäraren och det ger högre effekt på den värme som skickas in i systemet. Risken är annars dålig energibesparing och låg kostnadseffektivitet.

En annan utmaning är att etanol ses som berusningsmedel. Generellt krävs att man tillsätter ett denatureringsmedel för att ta ifrån etanolen denna effekt, vilket i och för sig kan ge köldbärarvätskan en lägre viskositet. Den blir mer lättflytande, med de bättre egenskaper det medför.

– Alla alkoholer har en viss giftverkan, men etanol är den minst giftiga. Men man ska veta att köldbärare med keton som denaturering kräver åtta procent högre pumpeffekt, den har sämre värmekapacitet och lägre värmeledningsförmåga.

Just nu driver Monika Ignatowicz ett forskningsprojekt kring framtida köldbärare som är finansierat av Energimyndigheten, 13 olika företag – flera inom geoenergi och några tillverkare av köldbärare – samt Kylbranschens Samarbetsstiftelse, KYS.

Fokus är på att få fram icke brandfarliga, mindre korrosiva och mer energieffektiva och miljöanpassade köldbärare, berättar hon om det arbete som startade 2018 och slutar 2022. De ska både uppfinna nya och förbättra de köldbärare som finns.

– En insats är att vi har förbättrat recepten på denatureringsämnen som finns. En annan är att vi tittar närmare på en produkt som glycerol för att den är lätt att tillverka, kostnadseffektiv, har kort nedbrytningstid och bra miljöegenskaper. Glycerolen har flampunkten över 100 grader och skulle kunna användas som både denatureringsämne och flampunktshöjare.

Miljöanpassning är framtiden

– I framtiden kommer vi att prioritera miljöanpassade och energieffektiva köldbärare, det är jag övertygad om. Vi miljömärker redan bergvärmesystem, säger Monika Ignatowicz. Framtiden kan handla om att återanvända spill i form av alkoholrester för att blanda med vattnet, eller använda tallolja för att höja flampunkt och lösningsgrad. Till samma prisnivå men med en annan tillverkningsmetod, menar hon.

– Sverige är bäst i klassen, vi är duktiga på både energiprestanda och brännsäkerhet, men kraven är fler än så. Det är mycket som ska uppfyllas, och inte minst handlar det om att vässa det vi redan är bra på.

TEXT: MIA ISING FOTO: PRIVAT

0 Kommentarer

Lämna en kommentar

Want to join the discussion?
Dela med dig av dina synpunkter!

Lämna ett svar

Din e-postadress kommer inte publiceras. Obligatoriska fält är märkta *