Door de regeling van de droogruimte met slechts 2 °C aan te scherpen wat betreft het dauw-/rijppunt, kunnen batterijproducenten tot 30% energie besparen.

Vaisala's productlijnmanager Antti Viitanen

Productlijnmanager Antti Viitanen van Vaisala legt uit waarom nauwkeurige en stabiele dauwpuntsensoren aanzienlijke energiebesparingen kunnen opleveren bij het meten en beheren van ontvochtiging tijdens de productie van batterijen.

Het handhaven van dauwpuntcondities van -40 °C of lager vereist aanzienlijke energie voor continue ontvochtiging tijdens de productie van batterijen. Deze vereiste is een onvermijdelijk gevolg van de chemie van batterijen en noodzakelijk om procescondities veilig te houden, maar Mona is van mening dat er een vaak over het hoofd geziene mogelijkheid is om het energieverbruik te verlagen: de nauwkeurigheid van de dauwpuntsensor die de ontvochtigingsregeling aanstuurt.

Droogruimtes in de batterijproductie behoren tot de meest energie-intensieve industriële omgevingen. Het handhaven van dauwpuntcondities van -40 °C of lager vereist aanzienlijke energie voor continue ontvochtiging. Deze vereiste is een onvermijdelijk gevolg van de chemie van batterijen en noodzakelijk om procescondities veilig te houden, maar er is een vaak over het hoofd geziene mogelijkheid om het energieverbruik te verlagen: de nauwkeurigheid van de dauwpuntsensor die de ontvochtigingsregeling aanstuurt.

Als dauwpuntsensoren gevoelig zijn voor drift en slechts één keer per jaar worden onderhouden, moeten ontvochtigingsregelingen een conservatief instelpunt gebruiken om die meetonzekerheid te compenseren. Het resultaat is dat een droogruimte vaak vele graden droger wordt gehouden qua dauwpunt dan nodig is. Een extra ontvochtiging van 2 °C kan ongeveer 30% meer energieverbruik betekenen dan noodzakelijk. Het goede nieuws is dat diezelfde 2 graden overmatige droging kan worden teruggewonnen met een nauwkeurige en stabiele dauwpuntmeting, wat zich direct vertaalt in 30% energiebesparing — zonder enige wijziging van de beoogde condities in de droogruimte of de productkwaliteit.

Waarom 2 °C zo’n buitenproportioneel effect heeft

De relatie tussen het beoogde dauwpunt en de energie voor ontvochtiging is niet lineair. Naarmate het beoogde dauwpunt daalt, neemt de energie die nodig is om vocht uit de lucht te verwijderen exponentieel toe. Bij een dauwpunt van -40 °C hebben zelfs kleine afwijkingen onevenredig grote gevolgen voor het energieverbruik. Door het praktische werkingspunt slechts 2 °C te verschuiven, van -42 °C terug naar -40 °C, wordt de regeneratiewarmtebelasting van de ontvochtiger aanzienlijk verlaagd, wat besparingen oplevert. Bij lagere instelpunten, zoals -45 °C of -50 °C, zijn de besparingen door een strakkere regeling nog groter.

Daarom moet de dauwpuntsensor centraal staan in de regelkring van de ontvochtiging. Als de sensor een dauwpunt meet dat 2 °C vochtiger is dan in werkelijkheid, werkt de ontvochtiger harder dan nodig. Als de sensor een dauwpunt meet dat 2 °C droger is dan in werkelijkheid, loopt de operator het risico buiten de specificaties te werken. In beide gevallen vormt een onnauwkeurige meting een potentiële kostenpost op het gebied van energie, rendement, productkwaliteit en procesveiligheid.

Hoe nauwkeurige sensoren de kloof dichten

De DRYCAP®-technologie van Vaisala pakt drift op sensorniveau aan via twee geïntegreerde mechanismen. Het eerste is een automatische kalibratiefunctie die de sensor periodiek verwarmt en de resulterende afkoelcurve gebruikt om een correctie-offset toe te passen. Daarmee wordt de basislijn van de sensor automatisch hersteld, voordat er sprake kan zijn van betekenisvolle sensor drift. Het tweede is een sensorpurgefunctie die chemische verontreinigingen verdampt voordat deze de meting kunnen beïnvloeden. Samen zorgen deze functies voor een meetstabiliteit waardoor standaardkalibratie-intervallen in schone toepassingen kunnen worden verlengd tot twee jaar. Dit betrouwbaarheidsniveau vermindert de onzekerheid die ontwerpers ertoe dwingt een veiligheidsmarge aan hun instelpunten toe te voegen aanzienlijk.

Ook de plaatsing van de sensor speelt hierbij een belangrijke rol. Regelingen die voornamelijk gebruikmaken van een dauwtronde die de retourlucht uit de droogruimte meet, in plaats van de toevoerlucht uit de ontvochtiger, geven de meest directe en stabiele weergave van de werkelijke ruimtecondities. Metingen van de retourlucht houden rekening met de werkelijke vochtbelasting in de ruimte, ook wanneer bijdragen van personen en processen variëren, en leveren het meest bruikbare signaal voor de regelkring van de ontvochtiger. Met een goed geplaatste, stabiele en gekalibreerde sensor in het retourluchtkanaal kan de ontvochtiger worden afgesteld op de werkelijke droogbehoefte in plaats van op een worstcasescenario.

Nauwkeurigheid als energiestrategie

De energiekosten van het gebruik van droogruimtes voor batterijen zullen niet afnemen naarmate de sector opschaalt. Gigafabrieken laten meerdere grote ontvochtigers continu, 24 uur per dag, draaien. Het cumulatieve effect van overmatige droging binnen deze geïnstalleerde basis is aanzienlijk. Een vermindering van 30% in het energieverbruik voor ontvochtiging in een volledige productiefaciliteit is zowel qua bedrijfskosten als qua CO2-uitstoot betekenisvol. Voor deze vermindering zijn geen nieuwe processpecificaties of wijzigingen in de batterijchemie nodig. Ze kan worden gerealiseerd met sensoren die nauwkeurig en stabiel zijn en goed worden onderhouden. Voor fabrikanten die hun sensor-kalibratieprogramma onlangs niet hebben geëvalueerd, of die niet zeker weten of hun huidige instelpunten een onnodige veiligheidsmarge bevatten, is dat het uitgangspunt.

Een nauwkeurige dauwpuntmeting draait niet alleen om kwaliteitscontrole. In de droogruimte is dit een van de meest directe beschikbare mogelijkheden om de energie-efficiëntie te verbeteren.