Dekarbonisierung muss das Ziel lauten

Im Jahr 2018 wurden laut Statistischem Bundesamt rund 650 Terawattstunden Strom erzeugt, davon immerhin etwa 230 TWh mit erneuerbaren Energieträgern. Aber die Lücke ist groß, wie diese Zahlen belegen.
Ob bei Endothermen Prozessen, Destillation oder Trocknung: Die Prozesswärme ist der Motor der Industrie. Über ein Viertel des gesamten deutschen Energieverbrauchs entfällt auf die Industrie und hiervon wiederum 70 Prozent auf die Erzeugung von Prozesswärme – heute überwiegend fossil.

Wasserdampf gilt als einer der effizientesten und flexibelsten Energieträger für Prozesswärme in der industriellen Produktion. Chemische Industrie, Lebensmittelproduktion oder Papierverarbeitung sind intensive Dampfnutzer. Rund 150 Millionen Tonnen Wasserdampf im Bereich 100 °C – 300 °C werden jährlich allein in Deutschland erzeugt.

Prozesswärme ist teuer und Abwärmenutzung ist seit langem ein wichtiges Thema. Prozessvorwärmung, Gebäudeheizung oder Verstromung sind die gängigen Konzepte zur Nachnutzung industrieller Abwärme. Aber im Grunde ist das ein Down-Cycling, denn für den eigentlichen Prozess muss Wasserdampf erneut hergestellt werden. Insbesondere die Verstromung von Abwärme führt dazu, dass die Verdampfungswärme größtenteils verloren geht und so insgesamt ein schlechter Wirkungsgrad bezogen auf die Primärenergie erzielt wird. Häufig liegt dieser nur bei um die 10 Prozent.

Aus der Gebäudebeheizung ist das Wärmepumpenprinzip bekannt. Mit 1 Kilowattstunde Strom lassen sich 4-5 Kilowattstunden Heizwärme bereitstellen. Dieses Prinzip übertragen auf Industrieprozesse bietet riesige Möglichkeiten zur Verbesserung der Energieeffizienz.

Anstatt Hochdruck-Dampf durch eine fossile Feuerung zu erzeugen, kann vorhandener Niederdruck-Dampf mit mechanischer Energie auf Prozessdampfdruck komprimiert werden. Die erforderliche mechanische Energie ist deutlich geringer, denn die Verdampfungswärme muss nicht erneut aufgebracht werden. Unter günstigen Bedingungen können Arbeitszahlen (COP) über 10 erreicht werden.

Diese Hochtemperatur-Wärmepumpe ersetzt also fossile Energie durch einen sehr viel kleineren Anteil an elektrischer Energie, die zukünftig regenerativ erzeugt wird. Die Verdampfungswärme bleibt im Prozess und wird nicht an die Umwelt abgegeben.

Spilling hat dieses Prinzip in zahlreichen Fällen realisiert. Wie auch in diesem Beispiel: In einer Papierfabrik wird zur Trocknung von Papierschlamm Wasserdampf mit einem Druck von 16 bar und einer Menge von 16 Tonnen pro Stunde benötigt. Herkömmlich würde ein erdgasbefeuerter Dampferzeuger eingesetzt, der bei 6.000 Betriebsstunden jährlich 67.200 MWh Gas verbraucht (und so auch rund 13.400 Tonnen CO₂ p.a. freisetzt).
Die Abwärme aus dem Trocknungsprozess liefert Niederdruckdampf mit ca. 3 bar, der mit einer Hochtemperatur-Wärmepumpe (dem Spilling-Dampfkompressor) auf das Prozessdampfniveau von 16 bar verdichtet wird. Anstelle von 67.200 MWh/a Gasenergie werden 16.000 MWh/a elektrische Energie eingesetzt. Letztlich ergibt sich ein geschlossener Dampfkreislauf, der nur mit der elektrischen Energie für den Dampfkompressor betrieben wird.
Im Vergleich mag der konventionelle Gaskessel die kleinere Investition sein, und auch Gas ist heute sehr billig. Die Hochtemperatur-Wärmepumpe hingegen verlangt eine größere Investition. Entsprechend dauert es etwas länger, bis diese Investition sich rechnet. Und so geht allzu häufig schnelle Rendite vor Nachhaltigkeit. Doch die Energiewende und die großen Themen von Energie und Umwelt werden wir nur dann erfolgreich bewältigen, wenn wir keine fossilen Brennstoffe mehr für Prozesswärme einsetzen.
Spilling hilft mit seinen Produkten und ausgeklügelten Dampftechnologien seit vielen Jahren mit, die Energieeffizienz bei der industriellen Produktion kontinuierlich und massiv zu erhöhen.
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