Droogpro­cessen kunnen duurzamer en efficiënter

Drogen behoort tot de meest energie-intensieve processen in de voedingsindustrie. Toch blijkt het goed mogelijk om dit proces te verduurzamen. Aan welke knoppen kun je draaien? En waar is de meeste winst te behalen? Wageningen University & Research duikt in de materie. 

Om droogprocessen minder energie-intensief te maken, spelen twee aspecten een belangrijke rol: het totale energieverbruik van het proces, en de energiebron die daarvoor gebruikt wordt. Het energieverbruik wordt bepaald door de efficiëntie van het droogproces. Bij conventioneel sproeidrogen ligt de efficiëntie bijvoorbeeld rond de 50%: voor het verdampen van water is theoretisch ongeveer 2260 kJ/L nodig, maar in de praktijk vraagt een sproeidroger circa 4520 kJ/L verdampt water. Door de procesefficiëntie te verhogen, kan het daadwerkelijke energieverbruik sterk worden verminderd. Afhankelijk van de gebruikte energiebron kan dezelfde hoeveelheid energie echter een heel andere klimaatimpact hebben. De gekozen energiebron bepaalt dus voor een groot deel de uiteindelijke klimaatimpact, uitgedrukt in CO₂-equivalenten. 

Energiebronnen

De meeste conventionele drogers zijn gasgestookt, maar aardgas is zoals bekend geen duurzame energiebron: per m3 aardgas stoot je 2.1 kg CO2-eq uit. Wind- en zonne-energie zijn duurzamer: tijdens de opwekking komt er geen CO₂ vrij. Om daar gebruik van te maken, moet je elektrificeren. Of je veel of weinig klimaatwinst maakt door te elektrificeren, hangt sterk af van hóe de elektriciteit wordt opgewekt. De Nederlandse elektriciteitsmix (dat wat er gemiddeld uit het Nederlands stopcontact komt) bestaat momenteel uit een combinatie van groene en grijze stroom uit onder andere gas en kolen. De gemiddelde CO₂-uitstoot van netstroom is daardoor nog steeds aanzienlijk.

Het verschil in uitstoot tussen aardgas en de elektriciteitsmix is op dit moment kleiner dan vaak wordt aangenomen. Voor de Nederlandse grijze stroommix bedroeg de uitstoot op 1 januari 2025 ongeveer 497 g CO₂-eq/kWh. Door het groeiende aandeel duurzame elektriciteit lag de gemiddelde emissiefactor van de elektriciteitsmix flink lager: op circa 211 g CO₂/kWh. Ter vergelijking: de CO₂-uitstoot van aardgas bedraagt ongeveer 214 g CO₂/kWh energie-inhoud (1 m3 gas is gelijk aan 9,77 kWh). 

Warmtepomp of E-boiler?

De efficiëntie van een droogproces wordt uitgedrukt in de Coëfficiënt of Performance (COP). Dit cijfer geeft de verhouding weer tussen de hoeveelheid energie die je erin stopt tegenover de energie die je eruit krijgt aan. Hoe hoger de COP, des te efficiënter het proces. Een warmtepomp zet warmte van een bron met lage temperatuur om naar een hogere temperatuur met behulp van een koudemiddel en een compressor. De compressor verhoogt de druk en temperatuur van het koudemiddel, zodat warmte op een bruikbaar hoger temperatuurniveau kan worden afgegeven. De temperatuurlift is het verschil tussen de bron- en afgiftetemperatuur. Hoe groter deze lift, hoe meer arbeid de compressor nodig heeft en hoe lager het rendement (COP) van de warmtepomp. Over het algemeen geldt ook: hoe groter de temperatuurlift, hoe lager de efficiëntie 

Dit onderwerp is onder andere verder onderzocht binnen het MOOI project The Heat Is On (THIO); een innovatieprogramma uitgevoerd door een consortium van partijen waaronder Wageningen Food & Biobased Research (WFBR)), met als doel industriële processen voor ontwatering, droging en warmte-integratie efficiënter te maken. Hierin werd berekend dat met behulp van mechanische dampcompressoren een COP van 2,6 kon worden behaald bij een temperatuurlift van 100 °C (van 40 °C naar 140 °C). Dit betekent dat voor elke kWh aan elektriciteit die je erin stopt, een warmtepomp 2,6 kWh aan warmte produceert en je CO2 impact dus ook 2,6 maal lager wordt. Een temperatuurlift van 100 °C is fors, voor kleinere temperatuurliften komt de COP nog hoger uit! 

Implementatie van een e-boiler is vaak gemakkelijker dan van een warmtepomp, omdat deze direct elektriciteit omzet in warmte en daardoor eenvoudig kan worden aangesloten op bestaande stoom- of warmtesystemen. Een e-boiler heeft echter een lage COP, namelijk 1. 

Ter illustratie: in 2025 betaalde je je voor 1 MWh stoom 85 euro op basis van een E-boiler, en 73 euro op basis van een gasboiler (zie tabel). Met een warmtepomp betaal je bij een COP van 2,6 nog maar 33 euro per MWh aan stoom. Daarmee ben je dus ruim de helft goedkoper uit. De cijfers zijn helaas niet meer accuraat: door de huidige geopolitieke situatie liggen de energiekosten zo’n 30% hoger dan de waardes waarmee in het onderzoek uit 2025 is gerekend.

Tabel: Energiekosten uit studie van 2025

Flexibiliteitscontract

Een interessante optie is om met een e-boiler deel te nemen in een flexibiliteitscontract. Sappi Maastricht, producent van hoogwaardige papier- en pulpsoorten, werkt bijvoorbeeld samen met Enexis Netbeheer via een flexibel contract waarbij het bedrijf op drukke momenten op het elektriciteitsnet zijn piekbelasting verlaagt. Sappi begon met een flexibele capaciteit van 3 MW, maar heeft dit ondertussen uitgebreid naar 24 MW flexibel vermogen. Bij overcapaciteit op het net produceert Sappi met de e-boiler stoom op elektriciteit in plaats van aardgas. Tijdens piekmomenten wordt de E-boiler juist teruggeregeld om het net te ontlasten. Daarnaast neemt Sappi deel aan de zogenoemde Automatic Frequency Restoration Reserve (aFRR), een markt waarmee netbeheerders het elektriciteitsnet continu in balans houden.

Dit soort oplossingen zijn ook interessant voor de levensmiddelenindustrie. Veel (droog)processen gebruiken stoom of warmte, waardoor e-boilers kunnen bijdragen aan zowel verduurzaming als het verminderen van netcongestie. Daarbij moet het bedrijf wel onderzoeken hoeveel en op welke momenten binnen de bedrijfsprocessen flexibiliteit mogelijk is. Warmtepompen zijn over het algemeen minder geschikt om snel op en af te schalen. Voor toepassingen als deze werkt een e-boiler dus beter. 

Andere manier van drogen

Wie zijn droogproces efficiënter maakt door de inzet van een warmtepomp, heeft natuurlijk nog wel een warmtebron nodig waaruit de energie wordt gehaald. Een bekende oplossing is om de verdampte lucht van een droogproces uit te condenseren en de warmte die daarbij vrijkomt terug te winnen. Energie terugwinnen uit vochtige lucht is echter niet eenvoudig: het dauwpunt moet hoog genoeg zijn om voldoende latente warmte terug te winnen. Vaak blijft een groot deel van de warmte alsnog onbenut. Een hoog dauwpunt maakt het droogproces bovendien complexer. Het kan de droogsnelheid verlagen en er ontstaat een risico op condensatie in de droger. 

Oververhitte stoom

Een alternatief voor heteluchtdrogen is gebruikmaken van oververhitte stoom als droogmedium. Oververhitte stoom is warmer dan verzadigde stoom en kan daardoor nog water op nemen; het verdampte water wordt direct onderdeel van de stoom. Dat maakt het terugwinnen veel gemakkelijker, aangezien je de surplusstoom (het verdampte water uit je product) kan aftappen van de recirculerende hoofdstroom. Daarmee kan je in principe 100% van de energie van het verdampte water uit je product terugwinnen. Binnen WFBR wordt onderzoek gedaan naar het drogen met oververhitte stoom. 

Natteboltemperatuur

Voor voedselproducten is het belangrijkste aandachtspunt dat de natteboltemperatuur bij drogen met oververhitte stoom aanzienlijk hoger ligt dan bij hete-luchtdrogen. De natteboltemperatuur is een internationale standaard die is gedefinieerd als ‘de laagste temperatuur die een nat voorwerp in een luchtstroom kan aannemen als gevolg van het verdampen van het aanklevend water’. Hier: de temperatuur van het product tijdens de eerste fase van het drogen. Het product is nog nat. Door continue waterverdamping blijft de producttemperatuur constant en een stuk lager dan de omgevingstemperatuur. Bij atmosferische druk is de natteboltemperatuur van oververhitte stoom namelijk ongeveer 100 °C, waardoor het product tijdens het drogen gemakkelijk thermisch beschadigd kan raken. Oververhitte stoom kan dan ook zeker een interessante droogmethode zijn voor levensmiddelen, mits het proces onder verlaagde druk wordt uitgevoerd, zodat de producttemperatuur tijdens het drogen voldoende laag blijft.

Wat te doen?

Verduurzamen van droogprocessen is geen utopie: het kan! Natuurlijk liggen er nog technische en strategische uitdagingen, maar dit is hét moment om te onderzoeken welke combinatie van efficiëntieverbetering, elektrificatie en innovatieve droogtechnologie het beste past bij jouw proces en energievraag. De grootste winst ontstaat wanneer je procesoptimalisatie, slimme elektrificatie en energie-integratie weet te combineren. Kijk daarbij verder dan de huidige emissiefactor van elektriciteit. De Nederlandse elektriciteitsmix wordt immers duurzamer; op termijn worden daarmee investeringen in elektrificatie steeds aantrekkelijker.

Bronnen:
https://ispt.eu/projects/the-heat-is-on/