Industrie-Abwärme effizient nutzen
Industrieprozesse laufen häufig unter hohen Temperaturen ab. Es entsteht Abwärme, für die Unternehmen oft keine wirtschaftliche Verwendung mehr finden. Dabei kann sie durchaus noch genutzt werden.
Für Produktions- und Verarbeitungsprozesse benötigt und erzeugt die deutsche Industrie Wärme. Bei Verbrennungsprozessen entstehen etwa hohe Temperaturen von mehr als 1.000 Grad Celsius. Diese Abwärme kann direkt genutzt oder in den Prozess zurückgeführt werden und so den Energieverbrauch in Unternehmen senken. Bei anderen Prozessen, die diese hohen Temperaturen nicht erreichen, gehen jedoch hohe Anteile der Wärmeenergie als ungenutzte Abwärme verloren.
Abwärmequellen in der Industrie
Abwärme liegt meist als Luft-, Gas- oder Flüssigkeitsstrom oder in Form von diffuser Strahlungswärme vor. Je niedriger in einem nachgeschalteten Prozess die Temperatur für eine Wärmenutzung ist, desto mehr Abwärmequellen kommen infrage. Dazu zählt zum Beispiel Abwärme aus Produktionsmaschinen oder -anlagen, Abwässer aus Wasch-, Färbe- oder Kühlungsprozessen, Kühlanlagen, Kühlung von Server-Räumen, Motoren oder die in Produktionshallen anfallende Abluft.
Jedoch muss die Temperatur der Abwärmequelle grundsätzlich höher liegen als die Temperatur, die der Wärmeverbraucher benötigt. Die Nutzung wird umso wirtschaftlicher, je höher die Temperaturdifferenzen und damit die übertragbaren Wärmeleistungen sind.
Große Abwärmemengen stehen auf einem eher niedrigen Temperaturniveau von bis zu 150 Grad Celsius zur Verfügung. Hier gibt es von Trocknungsprozessen bis hin zur Gebäudeheizung ein breites und technisch ausgereiftes Anwendungsfeld. Liegen mehrere Abwärmeströme mit unterschiedlichen Temperaturniveaus vor, lohnt es sich unter Umständen, diese zusammenzuführen, obwohl die Spitzentemperaturen dabei gesenkt werden.
Über Wärmepumpen lässt sich das Temperaturniveau von Abwärmeströmen außerdem anheben. Insbesondere im Hochtemperaturbereich sind entsprechende Entwicklungen aktueller Forschungsgegenstand.
Mit Abwärme zu CO2-neutraler Energie
Verschiedene Studien zeigen, wie groß das Potenzial industrieller Abwärme ist: So könnten mit der in Deutschland nutzbaren Abwärme theoretisch fast sechs Millionen Zwei-Personen-Haushalte klimaneutral beheizt werden. Entsprechend groß ist auch die mögliche CO2-Ersparnis. Durch Abwärmenutzung ließen sich fast so viele Emissionen pro Jahr vermeiden, wie ein Drittel der in Deutschland zugelassen Pkw im gleichen Zeitraum ausstoßen. (Rechengrundlage sind Zahlen aus Brückner, 2016 und IZES, 2015).
Jedoch wird dieses Potenzial noch nicht ausgeschöpft. Im vom BMWK geförderten Forschungsprojekt Abwärmeatlas haben Forschende deutschlandweit Unternehmen zu ihrer Abwärmenutzung befragt. Das Ergebnis: Etwa die Hälfte der befragten Unternehmen nutzte ihre Abwärme gar nicht. Das kann mehrere Gründe haben.
So sind Abwärmeströme beispielsweise oft nicht warm genug, um direkt in einem neuen Prozess wiederverwendet zu werden. Die Abwärme muss dazu zunächst auf ein höheres Temperaturniveau angehoben werden. Hier kann etwa eine Wärmepumpe Abhilfe schaffen. Des Weiteren trifft ein anfallender Abwärmestrom zeitlich nicht immer mit einem entsprechenden Wärmebedarf an anderer Stelle zusammen. Um die Abwärme technisch nutzen zu können, sind in der Industrie daher Wärmespeicher nötig. Sie ermöglichen einen zeitlich entkoppelten Einsatz.
Gerade in energieintensiven Branchen übersteigt die Abwärme häufig den eigenen Bedarf. Eine sinnvolle Verwendung im eigenen Betrieb ist dann nicht möglich. Stattdessen kann es jedoch wirtschaftlich sein, die Abwärme an Dritte zu liefern und damit die dortige Wärmeversorgung effizienter zu gestalten. So kann die industrielle Abwärme beispielsweise Gebäuden oder Quartieren in der Nachbarschaft zugeführt werden, um Wasser aufzuheizen und Heizungen zu versorgen.
Das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) fördert Forschung und Entwicklung, um das Potenzial der Abwärmenutzung weiter zu erschließen. Die Akteure sind im Forschungsfeld Abwärme vernetzt.
