Klimaneutrale Prozesswärme

Für eine vollständige Vermeidung der energiebedingten Emissionen ist zukünftig in der Regel ein Energiemix erforderlich.  Das Vier-Stufen-Modell zur Umstellung auf eine klimaneutrale Prozesswärmeversorgung sieht konkret folgende aufeinander aufbauende Handlungsmöglichkeiten vor: 

• Efficiency First! Den Wärmebedarf anhand von Prozessoptimierungen und der Nutzung von Einsparpotenzialen zu senken leistet den besten Beitrag zum Klimaschutz. Die darüber hinaus anfallende „unvermeidbare“ Abwärme kann, je nach Temperaturniveau, auf vielfältige Art sowohl intern als auch extern über Wärmenetze genutzt werden. 

• Mittels regionalererneuerbarer Wärmequellen lassen sich viele Wärmebedarfe z.B. für Wasch- oder Trocknungsprozesse, decken. Solarthermie und Tiefengeothermie können, je nach Prozess und Bedarf, als Ergänzung oder alleinig Prozesswärme bereitstellen und damit Abhängigkeiten vom Energiemarkt reduzieren. 

• Elektrifizierung oder„Power-to-Heat“ meint die elektrische Wärmeerzeugungmit erneuerbarem Strom, die gegenüber konventioneller Verfahren Effizienzvorteile bietet (siehe Grafik zur Gegenüberstellung von Elektroden- und Gaskessel). Elektrische Erwärmungstechnologien eignen sich neben der Dampferzeugung beispielsweise auch für Schmelzprozesse, so zum Beispiel in der Glas-, Aluminium- oder Stahlherstellung.  

Um die Kosten einer klimafreundlichen Produktion von industrieller Prozesswärme durch Wärmepumpen und Elektrodenkessel abzuschätzen, bietet Agora Industrie einen Transformationskostenrechner Power-2-Heat zum Download an.  

• Die Nutzung alternativer und speicherbarer Energieträger wird künftig eine wichtige Rolle spielen: Trotz anfallender Umwandlungsverluste bei der Herstellung werden synthetische Energieträger (wie grüner Wasserstoff) in vielen Industrieprozessen notwendig sein. Die Nutzung von Biomasse oder Biomethan empfiehlt sich besonders in Prozessen, in denen neben Wärme auch Kohlenstoff benötigt wird, so erfüllt die Biomasse neben der energetischen Nutzung auch einen stofflichen Nutzungszweck, wie etwa in der Eisen- und Stahlerzeugung. 

Von Vorteil ist, dass bei der direkten Nutzung von erneuerbarer Wärme keine zusätzlichen Umwandlungsverluste anfallen. Nachteilig sind allerdings die in NRW nur beschränkt zur Verfügung stehenden erneuerbaren Wärmequellen hinsichtlich des technisch-wirtschaftlich nutzbaren Temperaturniveaus für industrielle Zwecke.

Durch Solarthermie lassen sich hierzulande mit sogenannten nicht konzentrierenden Kollektoren, die sowohl direkte als auch diffuse Solarstrahlung nutzen, Temperaturen bis etwa 250 °C erzeugen. Allerdings ist diese Wärmeerzeugung sehr fluktuierend und von Tageszeiten abhängig. In Kombination mit einem Wärmespeicher jedoch kann solare Wärme die Bereitstellung von erneuerbarer Wärme für Niedertemperaturanwendungen wie Trocknungs- und Beheizungsprozesse gut unterstützen, z. B. in der Nahrungsmittelindustrie.

Die Nutzung von tiefer Geothermie, auch Tiefengeothermie genannt, bezieht sich auf Bohrtiefen von über 400 Metern. Die möglichen erreichbaren Temperaturen sind stark abhängig vom Standort sowie von der Untergrundbeschaffenheit. In NRW ist der Untergrund in weiten Teilen noch nicht ausreichend erforscht, es wird jedoch ein großes Potenzial vermutet. Mit Tiefengeothermie in mehreren Kilometern Tiefe lassen sich Temperaturen bis etwa 180 °C erreichen. Ein großer Vorteil ist ihre Grundlastfähigkeit, was bedeutet, dass sie keinen Tages-, Jahreszeiten- oder Wetterschwankungen unterlegen ist. Aus diesem Grund eignet sie sich zur verlässlichen Versorgung industrieller Prozesse im unteren bis mittleren Temperaturbereich (z. B. Trocknungsprozesse in der Papierindustrie) und lässt sich darüber hinaus bei Bedarf gut mit Wärmepumpen kombinieren, um das Temperaturniveau anzuheben.

Prozesswärme ist für industrielle Produktionsverfahren und damit das Hauptgeschäft vieler Unternehmen essenziell. Um Produktionsausfälle und damit wirtschaftliche Risiken oder gar Schäden an Anlagen zu verhindern, muss die Versorgung sichergestellt sein. Dafür ist zukünftig insbesondere bei leitungsgebundenen Energieträgern, wie erneuerbarem Strom oder Wasserstoff, der Auf- und Ausbau einer leistungsfähigen Netzinfrastruktur dringend notwendig. 

Das sensible Stromnetz etwa erfordert zur Aufrechterhaltung der Netzstabilität flexible Kraftwerke. Auch Industrieunternehmen können zukünftig einen Beitrag zur notwendigen Flexibilisierung und Netzstabilisierung leisten: In Zeiten eines Überangebots können sie Solar- und Windstrom flexibel und kostengünstig für ihre Wärmeproduktion einsetzen und so die Energie speichern. Insbesondere bei der Elektrifizierung von Prozesswärme sind jedoch teilweise erhöhte Netzanschlusskapazitäten nötig. Deswegen ist eine frühzeitige Absprache mit dem Netzbetreiber hilfreich. Zusätzlich können sich Unternehmen in den Prozess der Übertragungsnetzplanung einbringen.  

Informationen zum Konsultationsverfahren des Netzentwicklungsplans Strom (NEP Strom)  

Dies gilt ebenso für den Aufbau einer Transport- und Speicherinfrastruktur für Wasserstoff. Industrieunternehmen können ihre Bedarfe bei den Fernleitungsnetzbetreibern melden, sodass sie entsprechend in die Netzentwicklungsplanung einbezogen werden können.  

Informationen zum Wasserstoffnetz und zum Netzentwicklungsplan Gas (NEP Gas) 

Im Rahmen der Systementwicklungsstrategie (SES) wird darüber hinaus vom Bundeswirtschaftsministerium (BMWK) eine sektorübergreifende Strategie für die Transformation des Energiesystems entwickelt.  

Viele Industrieprozesse werden außerdem auch heute schon über Fernwärme versorgt. Die Zukunftsentwicklung von Wärmenetzen soll im Rahmen von Transformationsplänen erfolgen.  

• Was wird gefördert? Technisch-wirtschaftliches Konzept für Einsparungen und den Ersatz fossiler Brennstoffe für Prozesswärme 

• Wer kann die Förderung beantragen? Unternehmen und Handwerksbetriebe des produzierenden Gewerbes mit bis zu 2.500 Mitarbeitenden 

• Wie viel wird gefördert? Maximal 50 Prozent der Beratungskosten (60 Prozent für Unternehmen mit weniger als 250 Mitarbeitenden), bis 25.000 Euro (45.000 Euro für Konzepte, die Bereitstellung oder Einbindung von Abwärme über Unternehmensgrenzen hinweg beinhalten) 

Die Förderung erfordert qualifizierte externe Beratung. Sowohl die Energieeffizienz-Expertenliste für Förderprogramme des Bundes als auch die vom Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle bereitgestellte Energieauditoren-Suche können Ihnen bei der Suche nach geeigneten Expert:innen helfen. 

• Was wird gefördert? Kredit mit Tilgungszuschuss für die zeitnahe Umstellung der Prozessenergieversorgung von Erdgas auf Erneuerbare Energien 

• Wer kann den Kredit beantragen? Unternehmen und Handwerksbetriebe des produzierenden Gewerbes mit weniger als 50 Mitarbeitenden 

• Wie viel kann beantragt werden? Maximaler Kreditrahmen 2 Millionen Euro, Tilgungszuschuss maximal 30 Prozent und maximal 200.000 Euro