요약:
식품, 화학, 건축 자재, 제약 등 많은 산업에서 건조는 필수적인 공정 연결입니다. 과일과 채소의 탈수부터 곡물과 향신료의 보존, 분유, 인스턴트 커피, 비료, 섬유, 의약품 생산에 이르기까지 건조는 필수불가결합니다. 그러나 현재 널리 사용되는 열풍 건조 방식은 에너지 소비가 높으며 필요한 에너지는 여전히 주로 천연가스 연소에서 발생하므로 상당한 탄소 배출을 가져올 뿐만 아니라 대량의 폐열이 직접 손실됩니다.
독일 프라운호퍼 인터페이스 엔지니어링 및 생명공학 연구소 IGB 연구원들은 전기를 사용하여 과열 증기를 생성하고 건조하는 등의 대안을 모색하고 있습니다. 폐쇄형 시스템에서 열을 회수 및 재활용하여 산업 건조 공정의 에너지 효율성과 지속 가능성을 향상시킵니다.
일명 과열증기란 물이 끓고 기화한 후 기화온도를 초과하는 온도로 가열되는 건증기를 말한다. 연구팀이 제안한 시스템은 고온의 과열 증기를 사용해 젖은 물질의 수분을 제거한 뒤 수분을 함유한 과잉 증기를 생성하는 방식이다. 기존 공정에서 증기의 이 부분을 공기 중으로 직접 배출하는 대신, 새로운 시스템은 먼저 이를 냉각하고 물로 응축시키는 동시에 약 섭씨 90~100도의 열 에너지를 회수하여 다른 산업 공정에 사용합니다.
효율성을 더욱 향상시키기 위해 연구진은 건조 장치에 특수 히트펌프도 추가했습니다. 열 펌프는 과잉 증기를 압축하고 온도를 높여서 열을 회수하여 후속 건조에 사용할 수 있도록 합니다. 지속적으로 신선한 공기를 가열한 다음 열의 일부를 방출하는 기존 모델과 비교할 때 이 솔루션은 폐쇄 시스템에서 동일한 열 에너지를 반복적으로 "재사용"하는 것과 같습니다.
또한 시스템은 지능형 제어 기능을 통합하여 건조 장비의 최적 작동 시간을 결정합니다. 풍력, 태양광 발전과 같은 재생 가능 에너지원에 의존하는 제조 회사의 경우 이는 녹색 전력 공급이 충분하고 전기 가격이 더 낮은 기간에 장비를 작동하도록 선택하여 운영 비용을 더욱 절감할 수 있음을 의미합니다.
과열 증기 기술은 벨트 건조기, 드럼 건조기, 분무 건조기를 포함한 다양한 건조 장비에 적용할 수 있습니다. 연구팀의 목표는 건조 에너지 소비를 기존 기술에 비해 1/2~1/4로 줄이는 것이다. 실제 효과는 건조 방법 및 온도 수준과 같은 요인에 의해 영향을 받습니다.
연구원들은 광물 원료, 건축 자재 및 식품에 대한 실험실 테스트를 실시했습니다. 결과는 이 새로운 건조 기술이 히트 펌프 및 지능형 제어 시스템과 결합되면 에너지 소비를 최대 80%까지 줄일 수 있음을 보여줍니다. 현재 과열증기를 이용한 분무건조 파일럿 시스템이 가동돼 실용화 산업 응용에 한발 더 다가섰다.
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