Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz in der Industrie

Für ein Unternehmen ist die Entscheidung für Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz nicht nur öffentlichkeitswirksam, sie birgt nicht zuletzt durch staatlich koordinierte Förderungen auch ökonomische Vorteile.

Die größten Hemmnisse von Effizienzmaßnahmen sind die von Unternehmen geforderten wirtschaftlichen Amortisationszeiten und das nicht eingeplante Budget für solche Maßnahmen. Die Bundesregierung hat in einer Vielzahl an Artikelgesetzen und Verordnungen ein Klimapaket geschnürt, mit dem die Klimaziele erreicht werden sollen. Allen voran stehen hier die klare Roadmap zum Kohleausstieg und der CO2-Preis als Steuerungsinstrument über alle Sektoren hinweg. Die Nutzung fossiler Energieträger wie Gas, Benzin oder Öl ist seit 2021 mit einem jährlich steigenden CO2-Preis belegt. Für Industrien, die ihre Energieversorgung mit Braunkohle oder anderen fossilen Energieträgern sicherstellen, verändern sich damit die Wirtschaftlichkeiten. Was rechnet sich und wie schafft man einen nachhaltigen Wechsel?

Eine neue Lösung dazu hat das Energieunternehmen Getec mit „Green Steam“ entwickelt. Das Konzept kombiniert den Outsourcing-Ansatz mit regulatorischen Maßnahmen wie Förderprogrammen aus dem Klimapaket und erreicht so den investitions- und kostenneutralen Wechsel der Energiezentrale zu einer klimaneutralen und wirtschaftlichen Versorgung. Durch eine Erneuerung oder Neuerrichtung der Energieversorgung lässt sich eine signifikante CO2-Reduktion erreichen, die Grundlage für die Förderfähigkeit der belegbaren Investitionsmehrkosten gegenüber einer Standardlösung sind. Neben der Substitution fossiler Energieträger ist es ein Ziel des Konzeptes, den gesamten Energieeinsatz zu prüfen und effizienter zu gestalten.

Die Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz in der Industrie sind sehr vielfältig. Welche Möglichkeiten für ein Unternehmen bestehen, muss im Einzelnen geprüft und bewertet werden. Dabei grenzen neben branchenspezifischen und technischen Merkmalen auch die aktuellen und prognostizierten Energiepreise die Wirtschaftlichkeit bestimmter Maßnahmen ein. Bei der Energieeffizienz im Wärmebereich sind zunächst Energiemanagementsysteme in Betracht zu ziehen. Dabei sind meist eine Modernisierung der Regelungs- und Steuerungstechnik sowie die intuitive Visualisierung von Energie- und Prozessparametern gemeint. Hierfür ist die Installation geeigneter Sensorik im gesamten Produktionsprozess nötig, um Wärmeströme zu erfassen und auszuwerten. Oftmals werden dabei auch systemische Veränderungen vorgenommen. Ziel dabei ist die maximale Integration von Prozesswärme. Sogenannte Pinchanalysen helfen sowohl bei der Identifizierung potenzieller „Wärmequellen und -senken“ innerhalb des gesamten Produktionsprozesses als auch bei der Entwicklung neuer Konzepte für Verbrauchsstrukturen. So lässt sich die aufgewendete Primärenergie maximal nutzen, ohne unnötige Verluste durch Energieumwandlung zu generieren.

Einen wesentlichen Beitrag zur effektiven Nutzung von Energieträgern und damit zum Energiesparen in der Industrie kann die Nutzbarmachung von Abwärme leisten. Oftmals verbleibt in industriellen Prozessen ein wesentlicher Teil der aufgewendeten Energie nicht im Produkt, sondern wird in Form von Wärme an die Umgebung abgegeben. Diese Wärme teilweise wieder in den Prozess zu integrieren, braucht es mitunter einen großen technischen Aufwand. Einen Aufwand, der sich lohnt.
In der Gesamtbilanz einer Energieerzeugungsanlage werden im Laufe der Lebens- oder Vertragslaufzeit die meisten Kosten durch die Beschaffung von Brennstoff verursacht. Der Kapitaldienst der Investition ist indessen ein vergleichsweise kleiner Baustein. Die Kosten der Brennstoffbeschaffung fallen bei Technologien zur Abwärmenutzung weg. Dementsprechend stehen dem Nutzen, also der zurückgewonnenen Energie oder der Substitution von Primär- oder Sekundärenergie, nur der Kapitaldienst der Investition gegenüber. Dies rechtfertigt in vielen Fällen einen höheren Aufwand.

Neben der Abwärmequelle und damit der Art der Wärmeträgermedien, welche zumeist hoch verunreinigte Verbrennungs-, Entlüftungs- oder Trocknungsabgase, aber auch Abwasser, Ablaugen oder gar heiße Feststoffe sind, ist vor allem die oftmals niedrige Temperatur der Abwärme problematisch.
Zunächst sollte aus energetischer Sicht immer geprüft werden, ob es innerhalb der Produktion einen Bedarf für die so temperierte Wärme gibt, zum Beispiel benötigte Prozess- oder Raumwärme. Ist dies nicht der Fall, stehen je nach Leistung und Temperaturniveau verschiedene Technologien zur verlustbehafteten Umwandlung der Abwärme in elektrischen Strom, höher temperierte Wärme, Kälte oder zur Nutzung in Fernwärmenetzen zur Verfügung.

Eines der größten Potenziale zum nachhaltigen Umgang mit energetischen Ressourcen ist die Nutzbarmachung von Niedertemperaturwärme. Je nach Bilanzraum ist das Ende einer jeden Energiewandelkette immer Wärme. Dabei sagt das Temperaturniveau nicht direkt etwas über die Menge der Energie aus, sondern lediglich über die Qualität der Wärme. Riesige Mengen an Energie werden tagtäglich in Unternehmen und in der Industrie in Form von Wärme zwischen 40 und 90 °C an die Umgebung abgegeben.

Wenn es gelingt, diese Art von Wärme wenigstens teilweise nutzbar zu machen, lässt sich in großen Mengen und in einem breiten Spektrum Energieeinsparung realisieren. Bei vielen Trocknungs-, Eindampf- und Destillationsprozessen werden große Mengen an Wärme auf einem Temperaturniveau von etwa 100 bis 120 °C benötigt und gleichzeitig fallen große Mengen von Abwärme bei etwa 80 bis 90 °C an.
Getec verfolgt derzeit einen technologischen Ansatz zur Erhöhung der Temperatur von Abwärme um etwa 20 – 40 K, welches genau die oben genannten Potenziale nutzbar macht. Anders als bei konventionellen Wärmepumpen wird hierbei keine weitere Sekundärenergie (wie elektrischer Strom) verbraucht, sondern die Antriebsenergie stammt aus der Abwärme selbst. Dabei werden etwa 50 % der genutzten Abwärme auf ein höheres Temperaturniveau gehoben. Das Temperaturniveau der restlichen Abwärme wird etwa um den gleichen Betrag abgesenkt.