Schone energie maken uit restwarmte zonder CO2-uitstoot

Dit artikel is afkomstig uit Maintenance in Processing Benelux
INNOVATIE
Henriëtte van Norel
Het bedrijf
Schone energie produceren uit restwarmte die vervolgens wordt
teruggeleverd aan het openbare net. En dit alles zonder emissie
en geluid. Dit lijkt een utopie. Maar niets is minder waar.
J.A. van der Werff van Cyclo Dynamics uit Montfoort levert na
25 jaar onderzoek het keiharde bewijs. De machine waarmee dit
kan worden gerealiseerd, de Herculex genaamd, staat in test- en
meetopstelling bij Basf in de Meern. Momenteel wordt gezocht
naar een bedrijf dat deze innovatieve machine marktrijp wil
maken en naar een universitaire partner die verder onderzoek
kan doen naar dit opmerkelijke fenomeen.
“Van alle thermodynamische processen
in de industrie gaat ruim 60 procent verloren
aan warmte. Warmte die indirect
bijdraagt aan de opwarming van de
aarde, verhoging van de CO 2 -uitstoot en
verdere milieuvervuiling. Om nog maar
te zwijgen van de directe gevolgen, namelijk
de enorme vernietiging van fossiele
brandstoffen. Het is als boter snijden met
een kettingzaag, zoals de ingenieurs Mark
Simpson en James Kay, ooit treffend zeiden.
Hoewel iedereen de absurditeit van
boter snijden met een kettingzaag direct
ziet, is dit helaas niet zo als het gaat om
het zuinig omgaan met het milieu”, zo legt
Van der Werff uit. Om dit tij te keren voordat
het te laat is, wordt al decennialang
door bedrijven en instanties gezocht naar
mogelijke oplossingen hiervoor. Cyclo
Cyclo Dynamics, opgericht in 1988, is gespecialiseerd in de ontwikkeling van machines
voor schone energie. Samen met zijn zoon heeft de heer J.A. van der Werff
de afgelopen jaren zo’n acht machines ontworpen en gebouwd, om de krachten
van paraffine te kunnen controleren. Hoewel van der Werff indertijd klein begon,
werden de ontwerpen, mede gefinancierd door Novem, in de negentiger jaren groter
en nam de kans op werking toe. In 2006 nam het chemieconcern Basf de onderneming
Engelhard over, een onderneming die zich medio negentiger jaren meldde
bij Novem met de vraag ‘Hoe kan restwarmte worden omgezet in arbeid’. Novem
bracht Engelhard toen in contact met Cyclo Dynamics. Omdat er geen
wetenschappelijk materiaal over deze materie bestond, begonnen Van der Werff
en zijn zoon een zoektocht naar het onbekende. Een zoektocht die inmiddels heeft
geleid tot een zeer opmerkelijk resultaat. Een resultaat dat niet langer voor de
wereld verborgen mag blijven, omdat het beslist kan bijdragen aan een duurzamere
economie.
Heeft u als bedrijf of universitaire instelling interesse om mee te werken aan bovengenoemd
project neem dan contact op met Cyclo Dynamics, javdwerff@gmail.com
Schone energie maken uit restwarmte zonder CO 2 -uitstoot en geluid
Dure koelwatertorens niet meer nodig
Dynamics is één van die bedrijven. De
oprichter en eigenaar van deze onderneming,
de heer J.A. van der Werff, heeft
er zijn levenswerk van gemaakt om een
machine te ontwerpen en te ontwikkelen
om schone energie te produceren en niet
geheel zonder resultaat.
Expansie van water
Over de gastheorie van de thermodynamica
is inmiddels alles wel gezegd en
geschreven. Anders is dit voor wat betreft
vloeistoffen. Het principe van Malone, een
hoge expansie in een laag temperatuurbereik,
is in de thermodynamica geheel
over het hoofd gezien. De Engelse ingenieur
John Malone bouwde in 1931 namelijk
drie Stirlingmotoren waarbij hij gebruik
maakte van de expansie van water. Door
te werken met
water met een
temperatuur variërend
van 20 tot 270°
Celsius slaagde hij
er in om een rendement
van maar
liefst 23 procent te
behalen. Voor die
tijd een ongekend
resultaat. Enige tijd
later schreef prof.
Ivo Kolin in zijn boek
‘The evolution of
the heat engine’
over dit experiment
het volgende: ‘De
expansie van vloeistoffen
is niet uit te
drukken in een eenvoudige formule, zoals
bij gassen.’
De efficiency die Malone behaalde indertijd,
is tot op de dag van vandaag
nog maar nauwelijks verbeterd. Zo heeft
www.maintenanceprocessing.nl © Vezor Media
een ‘normale’ benzinemotor voor auto’s
heden ten dage slechts een iets hogere
efficiency en dieselmotoren voor auto’s
hebben een efficiency van 33 procent.
Voortbordurend hierop kwam Van der
Chien van der Werff naast de Herculex (HEat
Reacting, Conversion Using Liquid EXpansion).
De nieuwste machine van Cyclo Dynamics in pilotuitvoering.
Werff op het idee om in plaats van met
water aan de slag te gaan met paraffine,
een bijproduct van aardolie. Dit natuurproduct
heeft namelijk in tegenstelling tot
andere mediums, zoals water, een onverklaarbaar
hoge expansie en een laag
temperatuurbereik. De in 1830 ontdekte
vloeistof paraffine was, voor de ontdekking
van elektriciteit en gas, een populaire
brandstof voor verlichting en verwarming
van huizen. Op de vraag hoe van der
Werff ontdekte dat paraffine bij expansie
ongekende krachten had, antwoordt hij:
“Dat ontdekte ik eigenlijk bij toeval toen
ik een met paraffine gevulde cilinder met
zuiger tot 65° C verwarmde. Ik had voor
deze proef de cilinder opgesteld in een
bankschroef, die door de expansie van
de paraffine brak. Vanaf dat moment was
mijn interesse gewerkt. In de proeven die
ik daarna heb uitgevoerd, ben ik vervolgens
gaan meten tot hoe hoog de krachten
konden oplopen. Dit bleek wel 1.000
bar te zijn. Dit gegeven gecombineerd
met de formule ‘kracht x weg=arbeid’
bracht mij op het idee om deze kracht
om te zetten in arbeid. De oerkrachten
van de natuur zijn namelijk ook vaak het
gevolg van lage temperatuurverschillen.
Kijk maar eens naar een grassprietje dat
door 10 cm asfalt omhoog komt en alles
kapot drukt of naar de kracht van een
orkaan als Katrina die ontstond op de
Atlantische oceaan bij een oppervlaktetemperatuur
van 16° C. Door corioliskracht
is deze orkaan gaan draaien en heeft zich
verplaatst naar de veel warmere Golf van
Mexico. Een gebied met een oppervlaktetemperatuur
van 32° C en een energieinhoud
van maar liefst 800 waterstofbommen
volgens Nasa. In beide voorbeelden
zijn de verschillen in temperatuur de uiteindelijke
oorzaak geweest voor het ontstaan
van de enorme krachten. Dit alles doortrekkend
naar mijn proef met de cilinder
bracht mij op het idee om te zoeken naar
oplossingen om het eerder beschreven
proces met paraffine om te zetten in een
technisch haalbare oplossing voor de
productie van schone energie. Een combinatie
van chemie, thermodynamica en
werktuigbouwkunde.”
Proeven
“Het was ongekend veel werk om na te
gaan met welke soort paraffine of meng-
‘Het zou hoogmoed zijn om dingen te
doen die nog nooit gedaan zijn,
tenzij met middelen die nog nooit
beproefd zijn’ (Francis Bacon)
sel van paraffine de beste resultaten konden
worden bereikt. Er bestaan namelijk
duizenden soorten paraffine met allemaal
verschillende eigenschappen. Zelfs de bekendste
fabrikant van paraffine in de wereld,
de Duitse onderneming Schuhmann,
kon mij op dat punt niet verder helpen.
Zij waren namelijk niet bekend met de
krachten die ontstaan bij de opwarming
van deze vloeistof. Om desalniettemin
verder te komen met dit onderzoek, zijn
we als Cyclo Dynamics vervolgens zelf
aan de slag gegaan met honderden
proeven met mengsels van paraffine,
alkanen en alkenen. Dit alles met als doel
om een mengsel te vinden met een zo
laag mogelijk smeltpunt, waarbij de uitzetting
plaatsvindt in het vloeibare deel.”
Terwijl de proeven in volle gang waren,
ontwikkelde Cyclo Dynamics steeds weer
nieuwe machines om de enorme krachten
in alle gevallen te kunnen blijven
controleren. De eerste machine die Cyclo
Dynamics ooit bouwde, was uitgevoerd
met een hydraulisch systeem en een grote
warmtewisselaar met tegenstroomprincipe.
De krachten van de paraffine waren
bij deze oplossing echter niet te hanteren.
Herculex
Bij de nieuwste test- en meetopstelling die
Maintenance in
Processing
Cyclo Dynamics nu heeft gebouwd, de Nr. 1 - februari 2011 25

26
Dit artikel is afkomstig uit Maintenance in Processing Benelux
INNOVATIE Dure koelwatertorens niet meer nodig
CUBICAL EXPANSION OF SOLIDS
The coecient of cubical expansion for a solid is approximately three times the
linear coecient.
The experimental values for various solids are given in the following table.
The coecient is the increase in volume per unit volume per degree Centigrade.
Substance Temp. ˚C Coecient Observer
Antimony
Asphalt
Beryl
Bismuth
Diamond
Emerald
Fiber, vulcanized
Fluor spar
Galena
Glass, with tube
green rube
Jena
Ice
Iceland spar
Iron
Marble
Paran
Platinum
Porcelain
Quartz
Rock salt
Silver
Slate
Sulfur
Tar
Tin
Zinc
Maintenance in
Processing
Nr. 1 - februari 2011
0-100
-
0-100
-
40
40
-
14-47
0-100
0-100
0-100
0-100
-20 to -1
50-60
0-100
-
20
0-100
0-100
50-60
50-60
0-100
-
13.2-50.3
-
0-100
0-100
0.3167 x 10 -4
5-7
0.3167
0.4000
0.0354
0.0168
0.27
0.6235
0.558
0.2648
0.2299
0.2533
1.1250
0.1447
0.3550
0.3-0.6
5.88
0.265
0.1080
0.3530
1.2120
0.5831
0.15-0.3
2.23
6.-8.
0.6889
0.8928
Matthiessen
-
Pfa
Kopp
Fizeau
Fizeau
-
Kopp
Pfa
Regnault
Regnault
Reichsanstalt
Brunner
Pulfrich
Dulong and Petit
-
Russner
-
Deville and Troost
Pulfrich
Pulfrich
Matthiessen
-
Kopp
-
Matthiessen
Matthiessen
Herculex genaamd, heeft van der Werff
ervoor gekozen om de eerdergenoemde
grote warmtewisselaar op te delen in 24
kleinere, hogedruk warmtewisselaars. Elke
warmtewisselaar bestaat uit een aantal
buizen die verbonden zijn met een cilinder
waarin zich een plunjer bevindt. Per warmtewisselaar
zijn de buizen ondergebracht
in een slang, zodat deze kunnen worden
omspoeld met water. De buizen en de
Tabel met expansiewaarden van vaste en
vloeibare stoffen. Gezocht wordt momenteel
naar antwoorden op de vragen: ‘Waarom alleen
paraffine, teer en asfalt (allemaal bijproducten van
aardolie) een extreme expansie, anomalie en druk
hebben?’ en ‘Wat er precies op moleculair niveau
gebeurt?’
cilinder van elke warmtewisselaar zijn
gevuld met 750 kubieke centimeter speciale
paraffine. Een mengsel van paraffine,
alkanen en alkenen dat tussen de 18 en
55° C in de vloeibare fase zijn maximale
expansie heeft. Tijdens anomalie kan dit
mengsel door de dunne leidingen worden
verpompt naar de
cilinders, die deze
kracht vervolgens
omzetten in arbeid.
Van der Werff: “De
Herculex werkt op
basis van een proces
met constante
druk (lees: isobaar
proces), waarbij
het volume recht
evenredig is met
de temperatuur. De
warme en koude
stroom die over de
warmtewisselaars
stroomt, wordt door
de gepatenteerde
cascadeschakeling
zo gestuurd dat er
in de machine een
60
55
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
warme en koude golf loopt, waardoor
enerzijds het koelwater wordt opgewarmd
en anderzijds de op te warmen warmtewisselaar
wordt opgewarmd. Het rendement
van deze cyclus wordt uiteindelijk
bepaald door de druk en hoeveelheid
opgewarmd koelwater die in het systeem
blijft. Ter illustratie: wanneer er water door
de slang stroomt, wordt de paraffine opgewarmd
tot 60° C. De plunjer, met een
Anomalie
De expansie van paraffine verloopt niet lineair, maar met een anomalie waarbij
de expansie dan achtvoudig is. Tijdens de anomalie levert de paraffine de
meeste arbeid en is te veranderen met mengsels van alkanen en alkenen. Na
honderden proeven is Cyclo Dynamics erin geslaagd een medium te maken dat
tussen de 18 en 55° C in de vloeibare fase maximale expansie heeft. Vervolgens
is onderzoek gedaan naar de mogelijkheden om dit fenomeen in te zetten voor
energietransformatie. Er is namelijk een onvoorstelbare hoeveelheid warmte van
deze temperatuur voorhanden in de vorm van aardwarmte, zonnewarmte en
industriële restwarmte.
cc
oppervlakte van 2 cm 2 , wordt hierdoor
bij een tegendruk van 800 bar 36 cm naar
buiten geduwd met een stuwkracht van
1.600 kilogram. Alle lineaire bewegingen
van de 24 plunjers zijn mechanisch met
elkaar verbonden op een zodanige wijze
dat alle krachten op één uitgaande
as worden overgedragen. Deze as kan
vervolgens worden gekoppeld aan een
generator voor de productie van schone
stroom.
Rendabel
Van der Werff: “Voor zover bekend is de
Herculex de eerste, gepatenteerde ma-
HYDRO THERMISCHE GENERATOR
Uitzetting verschillende paranes gemeten in de warmtewisselaar.
Inhoud warmtewisselaar: 400 cc = Smeltpunt
VP858 66% 4444
34% C18
4444 5600
20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75
˚C
Een grafische weergave
van de anomalie van
verschillende paraffines.
chine in de wereld die in staat is om op
een temperatuur van 20 tot 60° C te werken.
Deze machine kan in elk willekeurig
productieproces worden geplaatst om
restwarmte geluidloos en zonder emissie
om te zetten in schone stroom, die aan
het openbare net wordt teruggeleverd.
Men hoeft geen econoom te zijn om relatief
eenvoudig te berekenen dat met een
dergelijke machine bij veel productieprocessen
aanzienlijk kan worden bespaard
op energiekosten. Verder is het plaatsen
van dure koeltorens niet meer nodig en
kan de CO 2 -uitstoot en de geluidoverlast
drastisch worden verminderd.” Schone
stroom produceren met respect voor
het milieu dus. Het zoeken is nu naar een
technisch bedrijf dat deze innovatieve
machine marktrijp wil maken en in productie
kan nemen. n
80
www.maintenanceprocessing.nl © Vezor Media
Maintenance in
Processing
Nr. 1 - februari 2011
00