HET WARM WATER HERONTDEKT

STUDENT IN DE KIJKER

Je huis verwarmen met water uit de rivier? Het klinkt bizar, maar het is doenbaar en bovendien ook nog goedkoop én vriendelijk voor het klimaat. Maar hoe zorg je er tegelijk ook voor dat de temperatuur van de rivier niet te sterk daalt? Sebastian Baes en Jan Denayer, pas afgestudeerde industrieel ingenieurs Elektromechanica van Campus Groep T, goten deze vragen in een wiskundig model en brachten zo het potentieel van rivierwater als warmtebron in kaart. Voor hun baanbrekend werk werden ze bekroond met de Vlaamse Scriptieprijs 2020.

Voor de editie 2020 waren 508 scripties ingezonden. De jury -journalisten, uitgevers en academici- beoordeelden ze op hun nieuwswaarde, journalistieke bruikbaarheid en wetenschappelijke kwaliteit. Voor elk van deze criteria gooiden Sebastian en Jan hoge ogen. Ze bewezen dat ze een complex probleem niet alleen kunnen aanpakken, maar ook bevattelijk communiceren naar een breed publiek.

Sebastian formuleert het als volgt: “De natuur gaf ons met de rivieren de kans om steden te bouwen en samenlevingen te creëren. Nu kunnen dezelfde rivieren er mee voor zorgen dat het klimaat gered wordt. Meer dan de helft van de wereldbevolking leeft in steden nabij rivieren. Naarmate de verstedelijking toeneemt, groeit de honger naar energie. Om die behoefte te lenigen worden nog altijd massaal fossiele brandstoffen gebruikt, met een nefaste CO2-uitstoot als gevolg. Wij wilden aantonen dat de warmte aanwezig in het rivierwater gebruikt kan worden om de steden klimaatneutraal te maken”.

Regeneratie

“Om warmte te onttrekken aan oppervlaktewater heb je een warmtepomp nodig”, legt Jan uit. “Die haalt energie uit het water en brengt die op temperatuur voor de verwarming van de gebouwen in de omgeving. Er is bijgevolg geen gas of stookolie meer nodig, waardoor meteen ook de CO2-uitstoot fors afneemt. Dat effect wordt nog verstrekt als de warmtepomp door groene stroom aangedreven wordt”.

“Er schuilt wel een addertje onder het gras”, vervolgt Sebastian. “Als je teveel warmte aan het water onttrekt komt het ecosysteem van de rivier in gevaar. Volgens de milieurichtlijnen mag de temperatuur van de waterlopen maximaal met 3° stijgen. Voor het onttrekken van warmte is er nog geen regelgeving, dus zijn we ervan uitgegaan dat dezelfde waarde ook gehanteerd kan worden voor afkoeling. Hierbij wordt echter geen rekening gehouden met het fenomeen ‘regeneratie’. Dat houdt in dat de temperatuur van een rivier na een verstoring van het evenwicht zich na verloop van tijd opnieuw herstelt”.

“Zulk fenomeen kun je in kaart brengen met behulp van een wiskundig model”, aldus Jan. “Dat laat toe de impact van omgevingsfactoren op de temperatuur in de rivier te simuleren. Rivieren krijgen hun natuurlijke energie door de zon, maar ook door warmtetransport met de bodem en de lucht en radiatie van de omliggende vegetatie. Ook menselijke factoren hebben een impact. De invloed van deze parameters hebben we in ons model gestopt. Aan de hand van de simulatie kun je bepalen hoeveel warmte je aan de rivier mag onttrekken zonder dat de temperatuur daalt met meer dan 3°”.

Potentieel

Een simulatiemodel staat of valt met de kwaliteit van de input, in dit geval de correcte berekening van de watertemperatuur. Sebastian en Jan maakten hiervoor gebruik van de waarden die gedurende een paar maanden in de Maas geregistreerd werden. Daarna voerden ze een simulatie uit over eenzelfde periode en bij identieke weersomstandigheden. De resultaten van de test en de simulatie bleken quasi identiek, dus het model had zijn deugdelijkheid bewezen.

Terug in Leuven simuleerden Sebastian en Jan het resultaat van warmte onttrekkingen aan de Dijle. Ze onderzochten gedurende verschillende maanden of alle residentiële gebouwen binnen de stadsring met energie uit de rivier verwarmd konden worden. “Uit onze simulatie is gebleken dat het inderdaad mogelijk is om alle huizen gedurende een hele winter te verwarmen, waarbij de rivier op de koudste dag maximum 1.66° afkoelt”, aldus Sebastian. “Meer nog, de rivier bleek nog meer potentieel te bezitten alvorens de koelingsgraad van 3° overschreden wordt. Toen we de simulatie 34 km stroomafwaarts in Mechelen uitvoerden, maakte de regeneratie van het water het mogelijk om de Dijle er met 1.86° af te koelen. Voeg je Leuven en Mechelen samen, dan kunnen beiden hun binnenstad tegelijkertijd verwarmen met rivierwarmte gedurende het hele jaar, behalve in december en januari”.

Jan Denayer en Sebastian Baes

©Kevin Faingnaert

Origineel

Het model van beide ingenieurs heeft overigens nog meer in petto. Het laat ook toe om te analyseren of en in welke mate een nabijgelegen rivier de capaciteit heeft om een specifiek gebouw, wijk of een hele stad te verwarmen.

Bij de proclamatie op 18 december 2020 stak de jury haar lof niet onder stoelen of banken: “Het gaat hier om een origineel idee, gebracht in een goed onderbouwde scriptie met een bijzonder hoog wiskundig niveau. Als alle technische studies zo duidelijk geschreven zouden zijn, dan zou er veel meer onderzoek worden opgepikt en gevaloriseerd”.

Yves Persoons

“Modeling and Impact Analysis of Heat Extraction from Surface Water” - Promotor: Prof. Maarten Vanierschot