Zunehmende Nachhaltigkeitsanforderungen sowie steigende Energiekosten veranlassen Unternehmen, den CO2-Ausstoß von Prozesswärme zu verringern. Ein bislang kaum genutztes Potenzial zur Reduktion von Treibhausgasemissionen liegt in der Abwärmenutzung durch Wärmerückgewinnung und Wärmepumpen. Mangelndes Wissen über sinnvolle Anwendungen und optimale Integrationspunkte, fehlende Speicherlösungen für die unterbrechungsfreie Bereitstellung von Wärme über 100 °C, ein hoher Datenerfassungsaufwand sowie Bedenken hinsichtlich der Prozesssicherheit verhindern derzeit jedoch eine großflächige Umsetzung der Abwärmenutzung.
An diesem Punkt setzt das zu Beginn dieses Jahres gestartete Verbundprojekt „HeatTransPlan“ an, in dem Forschende der Universität Paderborn, die im SICP – Software Innovation Campus und im KET – Kompetenzzentrum für Nachhaltige Energietechnik interdisziplinär forschen, gemeinsam mit Partnern aus der Wirtschaft an Lösungen arbeiten.
Ziel des Projekts ist es, industrielle Unternehmen auf dem Weg zur klimaneutralen Prozesswärme zu unterstützen. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) fördert „HeatTransPlan“ in den kommenden drei Jahren mit 2,21 Millionen Euro. An dem Projekt beteiligt sind die Unternehmen Limón, Axiotherm, König Metall, Optano, SPH Sustainable Process Heat und InnoZent OWL. Daneben begleiten der Bundesverband Wärmepumpe, die Landesgesellschaft NRW.Energy4Climate und die Food-Processing Initiative das Projekt als Transferplattformen.
Maßgeschneiderte Wärmepumpen und Speicher
„Die Transformation der industriellen Wärmeversorgung kann nur durch eine ganzheitliche Betrachtung gelingen. Kenntnisse über die spezifischen Prozessanforderungen einerseits und Methoden zur Identifikation von Maßnahmen zur Abwärmenutzung andererseits bilden die Grundlage für zielgerichtete Lösungsansätze“, erklärt Dr. Florian Schlosser, wissenschaftlicher Leiter des Projekts und Mitglied des Vorstands im Kompetenzzentrum für Nachhaltige Energietechnik an der Universität Paderborn. „Dafür sind interdisziplinäre Teams notwendig, die die Produktionsprozesse verstehen, und darauf aufbauend Wärmepumpen und Speicher maßgeschneidert auslegen können“, so Schlosser weiter.
Innovative und robuste Lösungen für speicherunterstützte Abwärmenutzung
„Die Dekarbonisierung unserer Prozesswärmeversorgung ist ein strategisches Ziel, das wir konsequent verfolgen. Obwohl wir die Potenziale von Wärmepumpen zur Nutzung von Abwärme erkennen, hat die Gewährleistung unserer Versorgungssicherheit und Produktqualität für uns oberste Priorität“, sagt Henning Hanisch, Senior Process Technology Manager von der Eckes-Granini Group als assoziierter Projektpartner. „Auf unserem Weg in eine nachhaltigere Zukunft erwarten wir daher vom Projekt „HeatTransPlan“ innovative und robuste Lösungen, die diesen Anforderungen gerecht werden und gleichzeitig auf unsere Umweltziele einzahlen.“
Notwendig ist daher ein ganzheitlicher Ansatz zur Erfassung und Bewertung des Wärme- und Kältebedarfs sowie zur Identifizierung und Priorisierung von Wärmerückgewinnungsmaßnahmen. Darüber hinaus ist die technologische Weiterentwicklung von Wärmepumpen- und Speichermodulen für eine unterbrechungsfreie Versorgung mit Prozesswärme über 100 °C erforderlich.
Das erste Projektziel zur Erhöhung der Versorgungssicherheit ist die Entwicklung und Erprobung eines Hochtemperatur-Phasenwechselspeichers. „Als Experte im Bereich Thermomanagement freuen wir uns, an diesem wegweisenden Projekt teilhaben zu können. Wir sind der Überzeugung, dass eine gute Zukunft neue, innovative Lösungen erfordert – gerade, wenn es um den verantwortungsvollen Umgang mit Energien geht“, sagt Fabian Schansker, Entwicklungsingenieur bei König Metall.
Digitale Entscheidungsunterstützung für einen optimalen Wärmenutzungspfad
Als weiteres Projektziel ist die Entwicklung und Erprobung eines digitalen Entscheidungsunterstützungssystems, das auf Basis von Energie- und Produktionsdaten mithilfe von maschinellen Lernverfahren den Energiebedarf identifiziert und einen optimalen Wärmenutzungspfad ermittelt. „Auf dem Weg zur Klimaneutralität braucht es die richtigen Maßnahmen zur richtigen Zeit“, sagt Prof. Dr. Mark Junge, Geschäftsführer bei Limon. „Gerade im Prozesswärmebereich über 100 °C sind die Rahmenbedingungen komplex. Unser Projekt zielt daher darauf ab, durch ein ganzheitliches, digitales Werkzeug eine fundierte Entscheidungsgrundlage zu schaffen“, so Junge weiter.
