De Nederlandse voedingsmiddelenindustrie moet haar steentje bijdragen om de nationale doelstelling om per 2030 van het Gronings gas af te zijn te halen. Een bijdrage aan de opgave van het ministerie van Economische Zaken en Klimaat (EZK) om in 2050 de CO2-emissie met 95% te hebben gereduceerd, is daar onlosmakelijk mee verbonden (conform de Energieagenda van EZK: een CO2-arme energievoorziening).

Volgens deze agenda bedroeg de Nederlandste uitstoot van broeikasgassen in 2015 196 megaton CO2-equivalenten. Binnen de voedingsmiddelensector is energiegebruik een enorme belasting, maar ook de broeikasgasemissies eerder in de keten, met name die van de veehouderij, wegen zwaar mee.

Het energieverbruik is in Nederland als volgt verdeeld: (cijfers 2015): kracht en licht (elektriciteit) 26%; hoge temperatuur warmte (proceswarmte) 19%; lage temperatuur warmte (ruimteverwarming en tapwater) 18%, en transport en mobiliteit (vervoer) 17%. De niet-energetische emissies (waaronder die in de veehouderij) vormen de resterende 20% van de CO2- emissie.

Standaardisatie nodig

Alhoewel de verhoudingen waarschijnlijk verschillen, zijn binnen de voedingsmiddelenindustrie dezelfde functionaliteiten verantwoordelijk voor het energieverbruik. De sector heeft voor veel producten hun duurzaamheid, behalve in een CO2-footprintberekening, ook al in een waterfootprint vertaald. Daarbij wordt hard gewerkt aan standaardisatie van de berekeningswijzen, wat belangrijk is voor externe benchmarking.

Maar zolang dit ontbreekt, kunnen bedrijven intern de effecten van de genomen maatregelen bepalen en zo verantwoorden dat ze de gestelde ambities halen. Veel voedingsmiddelenbedrijven richtten zich de afgelopen jaren vooral op gestage en continue verbetering van het eigen energieverbruik via meerjarenafspraken (MJA-3/ MEE-convenanten). Maar de overheidsdoelstellingen dwingen een ander tempo af.

De impact van ‘van het gas af ’ is groot. Urgent op de korte/middellange termijn zijn vooral een verandering in de energieconsumptie en een toenemend bewustzijn rond het verbruik in de eigen ketens. Echter, een economisch motief ontbreekt: de kosten voor energie- en waterverbruik zijn relatief laag. Verdergaande kennisdeling is daarom cruciaal (chain awareness = knowledge x behavior).

Inzicht in stromen

Binnen productieomgevingen moet het bewustzijn over het energieverbruik in de eigen keten sterk worden verbeterd. Dat kan het beste met het Process Flow Diagram (PFD). Het PFD maakt alle massastromen (inclusief water en reststromen) inzichtelijk en vergemakkelijkt de integrale koppeling ervan.

Hierdoor krijg je meer inzicht in specifieke energieverbruikstromen, inclusief verliesstromen. Voor het creëren van inzichten met het PFD is de Trias Energetica (figuur 1) een uitstekende leidraad. De uitdaging ligt in stap 1 en 2. Ook de vier functionaliteiten voor energiegebruik (kracht en licht, hoge temperatuur warmte, lage temperatuur warmte, transport en mobiliteit) zijn aan de PFD-stromen te koppelen.

Trias Energetica vmt 11

De energietransitievraag komt in het model zowel in stap 2 als 3 aan de orde. Echter, voor het beïnvloeden van de eigen CO2-footprint, is het optimaal uitvoeren van de eerste twee stappen belangrijk: het optimaliseren van alle processtappen om verspilling te voorkomen én het ombuigen naar energiestromen uit duurzame bronnen.

Drie routes

Door de massa- en energiestroom in het PFD te combineren met de datastroom, is het energievraagstuk langs drie verschillende routes te verkennen en op te lossen. Uitgaande van wind- en zonne-energie lijkt de route van elektrificatie van de energievraag het meest voor de hand liggend.

Daarbij hoort feitelijk ook de route van het digitaliseren van de totaalvraag (massa, energie, water). Wil een bedrijf energie van duurzame, maar ook van wisselend producerende bronnen zoals zon en wind maxi-maal benutten, dan moeten vraag en aanbod permanent via optimalisatiesystemen worden uitgebalanceerd. Dit in combinatie met te implementeren bufferfunctionaliteiten in alle stromen.

Een voorbeeld van dergelijke buffers is met de aangevoerde, gekoelde boerderijmelk de gepasteuriseerde melk terug te koelen. Of, als zon- en windenergie beschikbaar zijn, verder dan nodig producten in te vriezen zodat bij bewolking of windstilte koelen met andere energievormen niet direct nodig is. Deze bekende voorbeelden leren dat de industrie dus op een andere manier moet gaan denken.

Een derde route, waarvan zowel de voedingsmiddelenindustrie en bijvoorbeeld ook de chemische industrie (methanol) gebruik kan maken, is biomassaverwaarding.

Coöperatieve oplossingen

Vanuit Industry 4.0-ontwikkelingen mag worden verondersteld dat datastromen op robuuste en failsafe-wijze aan modellen/algoritmen worden verbonden. Datastromen dus, die binnen het PFD een permanent dynamische optimalisatie van verbindingen tussen knooppunten in de massa- en energiestromen realiseren, voor optimale benutting van alle beschikbare energie vanuit welke oorsprong dan ook.

Durven ‘omdenken’ in het PFD en de verbonden supply chains zal de belangrijkste uitdaging zijn voor alle ketenpartners. Vooral ten aanzien van behoud van productkwaliteit, productveiligheid én leveringszekerheid. Maar Nederland heeft een rijke historie op het gebied van samenwerken. Als geen ander land zijn wij in staat coöperatief baanbrekende oplossingen voor het energievraagstuk in de voedselketens te ontwikkelen.

Praktijkvoorbeelden

Buffers in én tussen de beide stromen

Een eenvoudige oplossing is het bufferen van (extra beschikbare) duurzame energie, door het uitstellen/reduceren van de energievraag via onder andere ‘mogen/moeten-regelingen’ (bijvoorbeeld koude bufferen in opgeslagen massa in koel- en vrieshuizen). Ook het terugwinnen en bufferen van condensatiewarmte uit koelsystemen voor latere warmtebehoeften uit tapwater, processen en ruimteverwarming (ventilatie!), is een optie. WKO (warmte- en koudeopslag) via watervoerende lagen in de ondergrond (aquifers) is een optie, al dan niet met warmtepompfunctionaliteit en eutectische buffers. Een (consumenten)voorbeeld van deze laatste zijn koelelementen.

Elektrificatie van de warmtevraag

Stoom vervangen en waar dat niet kan: de centrale stoomfaciliteiten vervangen door elektrisch gedreven in-situ-oplossingen, zoals warmtepompen voor CIP-systemen of elektrische stoomgeneratoren.

Biomassaconcepten

Biomassa vergassen, vergisten of verbranden en dit slim combineren met benutting van laagwaardige restwarmte. Biomassa bufferen kan in verschillende hoedanigheden en procesfasen.

Aardwarmteoplossingen

Diverse aardwarmte-projecten benutten al energie op lagere temperatuur (bijvoorbeeld STEP: +80°C) of hogere temperatuur (ultradiepe geothermie: > +120°C) voor procesvragen als drogen, verwarmen en conditioneren (figuur 2).

Integraal model vmt 11