Abwärmenutzung

Möglichkeiten

Grundsätzlich lässt sich die Nutzungsmöglichkeit von (industrieller) Abwärme in drei große Bereiche unterteilen. Am häufigsten dürfte die Anlagen- bzw. prozessinterne Nutzung, sowie die generelle betriebsinterne Nutzung genutzt werden, da sich hier die Vorteile für das Unternehmen am unmittelbarsten bemerkbar machen. Eine weniger häufig genutzt Form der Nutzung stellt die der dezentralen bzw. externen Nutzung dar. Hier war bis vor kurzem die Anbindung an ein Fernwärmenetz bzw. die Nutzung eines selbigen, entscheidend für eine betriebsexterne Nutzung der Abwärme. Durch innovative Unternehmen wird zukünftig die Notwendigkeit teurer und unflexibler Fernwärmeleitungen immer mehr an Bedeutung verlieren und gleichzeitig die Wirtschaftlichkeit der Abwärmenutzung immer mehr in den Vordergrund rücken. Auch das, klimatisch notwendige, Regime immer schärferer Emissionsbegrenzungen und die Notwendigkeit vorhandene Ressourcen maximal effizient zu nutzen führt Branchenübergreifend immer stärker zur Frage wie bereits vorhandene Prozesse optimiert werden können.

Potenzial

Für die deutsche Industrie beziffert eine ältere Studie (Schaefer 1995 / Quelle: Kurzstudie „Industrielle Abwärme“ Fraunhofer ISI, Nov. 2013) das technische maximal verwertbare Potenzial an Abwärme auf rund 45% des Energieeinsatzes für industrielle Prozesswärme. Eine aktuellere Studie (Pehnet et al. 2010 / Quelle: Kurzstudie „Industrielle Abwärme“ Fraunhofer ISI, Nov. 2013) schätzt in Anlehnung an Sollesnes et al. 2009 das technisch-wirtschaftliche Abwärmenutzungspotenzial (Temperaturniveau über 60°C) in erster Näherung auf 18% des Endenergieeinsatzes der deutschen Industrie. Diese beiden, beispielhaften, Studien zeigen das aufgrund der insgesamt geringen Anzahl an Untersuchungen und der unterschiedlichen Abgrenzungen (Begriffsdefinition, Region, Segmente, Industrie, etc.) sowie unterschiedlicher Erhebungsmethoden (Datenermittlung, Berechnungsmethode, etc.) generelle Aussagen über das Potenzial nur sehr eingeschränkt möglich sind.

Fakt ist das durch die jüngste Generation an (Wärmeenergie-) Speichersysteme eine Abwärmenutzung von Raumtemperatur bis 1300°C möglich ist.

Durch die sehr hohe Temperatur in Verbindung mit einer intelligenten Aussteuerung der Wärme wird eine Nutzung über Branchen- und Ortsgrenzen hinweg ermöglicht, die bis dato nicht möglich war. So ist es beispielhaft denkbar, dass das in einer Kokerei anfallende Kokereigas mittels eines Brenners verbrannt wird anstatt über den Kamin in die Atmosphäre abgefackelt und dass damit ein mobiler Speicher auf rund 1000°C aufgeheizt wird. Aufgrund des hohen Temperaturniveaus kann nun aus mehreren Möglichkeiten der Nutzung gewählt werden. Es wäre möglich mittels einer Dampfturbine direkt Strom zu erzeugen oder eine Vorwärmung der Zuluft des Hochofens zu realisieren. Ebenfalls möglich wäre eine dezentrale Nutzung der Wärme, z.B. zum Beheizen eines Schwimmbades. In vielen Industrien schlummert in der effizienten Nutzung ihrer Prozesswärme ungeahntes Potenzial zur Optimierung der Nachhaltigkeit und Ökonomisierung der eingesetzten Primärenergieträger.

Umsetzung

Oftmals (vermeintlich) hinderlich bei der Umsetzung von Abwärmenutzung ist der Punkt, dass Abwärme in der Regel in Form von (Verbrennungs-) Abgasen zur Verfügung steht. Aufgrund ihrer oftmals korrosiven Eigenschaften machen Abgase die Nutzung von Wärmetauschern notwendig. Diese werden dann im täglichen Betrieb zumeist stark belastet. Außerdem sollen bei dezentraler Nutzung der Wärme keine Abhängigkeiten von Wärmequelle und Wärmesenke entstehen. Auch eine diskontinuierliche Verfügbarkeit mindert, vermeintlich, die Nutzbarkeit. Durch innovative Wärmespeicher können viele dieser (alten) Problemstellung allerdings mittlerweile aufgelöst werden. So gibt es Speichersysteme die unempfindlich gegenüber gängiger Verbrennungsabgase sind und deshalb keinen separaten Wärmetauscher mehr benötigen. Auch kann durch das Einbinden eines Speichers das Problem der Abhängigkeit von Prozessen und der diskontinuierlichen Verfügbarkeit von Abwärme beseitigt werden. Durch diese neuen Möglichkeiten rückt der Bereich der dezentralen Nutzung immer mehr in den Fokus von Unternehmen. Auch durch die Etablierung von auf Wärmespeichersysteme spezialisierter Unternehmen wird die Abwärmenutzung immer mehr zu einem wichtigen Aspekt einer effizienten und ökologischen Prozessgestaltung, ohne die ein Unternehmen nie seine maximale Ressourceneffizienz erreichen wird.