Industrielle Wärmepumpen

Wärmepumpen in der Industrie: Wärmerückgewinnung als Puzzlestück für die grüne Zukunft

Alle Industriezweige versuchen heute ihren Weg in die grüne Zukunft zu finden. Nach jahrzehntelangen Prozessoptimierungen und spezifischen Energiebedarfsreduzierungen gilt es nun insbesondere den CO2-Fußabdruck zu minimieren. Wärmepumpen, die bereits im privaten Wohnungsbau zur Elektrifizierung von Heizprozessen bekannt sind, können ein Puzzlestück zur Bewältigung dieser Herausforderung in der Industrie sein. Es stellt sich die Frage, wie dieses technologische Prinzip auf die Industrie übertragen werden kann und damit, wie Wärmepumpen dazu beitragen, mit dem Vorteil der Wärmerückgewinnung aus bisher nicht genutzten Wärmequellen die industriellen CO2-Emissionen zu verringern.

Grundlagen der Wärmepumpentechnologie

Im Allgemeinen wird durch eine industrielle Wärmepumpe Wärme durch den Einsatz von Energie von einem niedrigeren auf ein höheres Temperaturniveau angehoben. Die dem System zugeführte Wärme kommt hierbei von einer Wärmequelle und kann in der Industrie z. B. durch bisher ungenutzte Abwärme bzw. Restwärme realisiert werden. Oftmals werden große Wärmemengen aufgrund ihres Temperaturniveaus nicht weiter genutzt und an die Umwelt oder das Abwasser abgegeben oder noch schlimmer durch den Einsatz weiterer Energie abgekühlt. Der Wärmeverbraucher auf dem höheren Temperaturniveau, der als Wärmesenke bezeichnet wird, kann jede Art von Prozess oder Medium sein, das diese Wärme benötigt und damit die Wärmeenergie mittels der industriellen Wärmepumpe rückgewinnt.

„Grün“ wird dieser Prozess, wenn die neu zugeführte Energie zum Betrieb der industriellen Wärmepumpe in Form von klimaneutral erzeugtem Strom erfolgt. Analysen gehen davon aus, dass Prozesswärme mit 67 % den größten Energieverbrauch der Industrie darstellt (Quelle Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen). Bisher seien nur ca. 15 % hiervon aus erneuerbaren Energien erzeugt.

In der Regel können Prozesse identifiziert werden, bei denen lediglich 25 % und weniger der später nutzbaren Wärmeenergie durch elektrische Energie über die industrielle Wärmepumpe zugeführt werden müssen. Der Großteil der Wärmeenergie kann einem bereits bestehenden, bisher nicht genutzten Wärmestrom (Abwärme oder Restwärme) entnommen werden. Das bedeutet pro 1 kW elektrische Energie, die der industriellen Wärmepumpe zugeführt werden, können 4 kW und mehr nutzbare thermische Energie erzeugt bzw. bereitgestellt werden. Dieses Verhältnis verbessert sich noch weiter, je geringer der Temperaturunterschied zwischen der Wärmequelle und der angedachten Wärmesenke (Verbraucher) ist. Dieses Verhältnis wird als Leistungszahl bzw. Coefficient of Performance (kurz COP) bezeichnet. Industrielle Wärmepumpen können damit bisher brachliegendes Potenzial zur Abwärmenutzung erschließen und so CO2-Emissionen reduzieren.

Die derzeitig am Markt befindlichen industriellen Wärmepumpen sind geeignet, Prozesse bis ca. 150°C abzudecken, die bisher mittels fossiler Energie betrieben wurden. Hieraus ergeben sich viele Interessante industrielle Anwendungsfälle insbesondere in der Lebensmittelindustrie und Chemie.

Potentiale zur Reduzierung von CO2-Emissionen mit industriellen Wärmepumpen

Je nach Umfang der Änderungen können die CO2-Emissionen der Fabrik mehr oder weniger stark reduziert werden. Berechnungen von IPRO zeigen, dass sich durch den Einsatz von industriellen Wärmepumpen exemplarisch in einer Rübenzuckerfabrik die CO2-Emissionen der gesamten Fabrik um bis zu ca. 30 % reduzieren lassen.

Die Auswirkungen hängen von der individuellen Situation in der Fabrik und dem gesamten zukünftigen Energiekonzept ab. Industrielle Wärmepumpen können ein Puzzlestück auf dem Weg in die grüne Zukunft sein. Sie müssen zusammen bzw. neben anderen Bausteinen wie Brüdenkompression, Elektrokessel, Biogas und anderen Energieträgern bewertet werden.

Neben den technischen Aspekten hängt die wirtschaftliche Machbarkeit zum Einsatz von industriellen Wärmepumpen hauptsächlich von drei Faktoren ab:

• Kosten für CO2-Emissionen
• Lokale Subventionen/Förderprogramme
• Verhältnis zwischen Strompreis und Gaspreis

Während die Kosten für CO2-Emissionen weiter steigen und Regierungen neue Subventionen und Förderprogramme auflegen, um die Energiewende zu beschleunigen, rückt das Verhältnis zwischen Strompreis und Gaspreis immer mehr in den Fokus, da dieses maßgeblich die Wirtschaftlichkeit der Betriebskosten von industriellen Wärmepumpen im Vergleich zu klassischen Installationen beeinflusst.

Gerne analysieren wir gemeinsam mit Ihnen Ihre spezifischen Möglichkeiten zum Einsatz von industriellen Wärmepumpen und unterstützen Sie dabei, Ihren Weg in eine grüne Zukunft zu entwickeln.