Prozesswärme

Prozesswärmeerzeugung klimaneutral ausrichten

Glühendes Metall fließt aus einem großen Behälter in einer Industrieanlage, umgeben von Metallstrukturen.

Mehr als zwei Drittel ihres Endenergieverbrauchs setzt die deutsche Industrie für Prozesswärme ein. Und ein Großteil davon wird derzeit noch durch fossile Brennstoffe gedeckt. Mit der Umstellung auf eine nachhaltige Prozesswärmeerzeugung macht das Industrieland NRW einen großen Schritt in Richtung Klimaneutralität.  

Ob Trocknen, Schmelzen oder Schmieden: Ohne Prozesswärme wären viele technische Verfahren nicht denkbar. Dementsprechend wendet die Industrie dafür – je nach Branche und Prozess – einen erheblichen Teil ihres Endenergiebedarfs auf. Die Temperaturniveaus unterscheiden sich je nach Anwendung dabei deutlich. Während das Trocknen von Papier bereits ab etwa 160 °C möglich ist, benötigen viele Brenn- und Schmelzprozesse Temperaturen deutlich über 1.000 °C, vereinzelt sogar bis zu 3.000 °C.

Auch Kälte zählt übrigens zu den Wärmeanwendungen. Allerdings benötigt die Industrie laut der AG Energiebilanz e. V. nur zwei Prozent (14 TWh) ihrer Endenergie pro Jahr für Prozesskälte und Klimatisierung, für Prozesswärme hingegen sind es rund 67 Prozent. Über 70 Prozent (299 TWh) der industriellen Prozesswärme liefern derzeit noch fossile Energieträger wie Kohle, Gas und Öl.

 

So verteilt sich der aktuelle Energiebedarf der Industrie

Infografik zum Endenergiebedarf 2023 in Nordrhein-Westfalen. Diagramm zeigt Energieverbrauchsanteile: Industrie 615 TWh, Prozesswärme 421 TWh, Strom 30 TWh, sonstige Wärme 43 TWh, fossile Energieträger 79 TWh. Legende erklärt die Kategorien.

 

In sechs Schritten zur klimaneutralen Wärmeversorgung

Wenn die Industrie in NRW es schafft, ihre Prozesswärmeversorgung schnellstmöglich umzugestalten, setzt sie einen immensen Meilenstein auf dem Weg zur Klimaneutralität. Um diese Aufgabe strategisch anzugehen, sind sechs Schritte erforderlich.

Infografik 'Strategiezyklus Wärmewende' mit sechs Schritten zur klimaneutralen Wärmeversorgung. Schritte umfassen: 1. Konsens, 2. Ausreichende Bereitstellung, 3. Unterstützung, 4. Rolle des Unternehmens, 5. Maßnahmen, 6. Roadmap. Text: '100 % CO2-neutral'.

 

Operative Umsetzung: Die vier Säulen der klimaneutralen Prozesswärmeversorgung

Letzter und entscheidender operativer Schritt auf dem Weg zur klimaneutralen Wärmeversorgung ist die Umsetzung. In der Regel gibt es dazu nicht DIE eine Lösung, sondern verschiedene aufeinander aufbauende Ansätze, die je nach Branche, Unternehmensgröße und Prozess individuell geprüft, ausgestaltet und kombiniert werden müssen.

Efficiency First! Den größten Beitrag zum Klimaschutz leistet Prozesswärme, die gar nicht erst benötigt wird. Im ersten Schritt sollten Unternehmen daher Prozessoptimierungen und Einsparpotenziale prüfen und realisieren. Sollte im Prozess „unvermeidbare“ Abwärme anfallen, kann diese – je nach Temperaturniveau – auf vielfältige Art genutzt werden: entweder intern oder extern über Wärmenetze.

Viele regionale erneuerbare Wärmequellen wie Solarthermie und Tiefengeothermie können industrielle Prozesswärme auf niedrigen und mittleren Temperaturniveaus direkt bereitstellen, zum Beispiel für Wasch- oder Trocknungsprozesse. Das reduziert nicht nur Umwandlungsverluste, sondern auch die Abhängigkeiten vom Energiemarkt. Geothermie liefert lokal bis zu 180 °C, mit Hochtemperatur-Wärmepumpen auch mehr. Konzentrierende Solarthermie ermöglicht je nach Standort sogar Temperaturen bis 400 °C.

„Power-to-Heat“ – also die elektrische Wärmeerzeugung mit erneuerbarem Strom, bietet gegenüber fossilbasierten Verfahren erhebliche Effizienzvorteile. Die elektrischen Erwärmungstechnologien eignen sich nicht nur zur Dampferzeugung, sondern auch für Schmelzprozesse, zum Beispiel in der Glas-, Aluminium- oder Stahlherstellung.

Alternative und speicherbare Energieträger werden zukünftig eine entscheidende Rolle spielen – auch bei der Prozesswärmeversorgung. Je nach Branche kommen unterschiedliche Energieträger infrage:

  • Synthetische Energieträger: Trotz anfallender Umwandlungsverluste bei der Herstellung werden synthetische Energieträger (wie grüner Wasserstoff) in vielen Industrieprozessen unumgänglich sein.
  • Biomasse/Biomethan: Sie empfehlen sich besonders für Prozesse, in denen nicht nur Wärme, sondern auch Kohlenstoff benötigt wird, zum Beispiel in der Eisen- und Stahlproduktion.

Die Umstellung auf eine klimaneutrale Bereitstellung von Prozesswärme wird von technologischen Lösungen gestützt. Je nach gefordertem Temperaturniveau stehen unterschiedliche Technologien bereit. Und die Entwicklung schreitet rasant voran.

 

Versorgungssicherheit und Infrastruktur – unverzichtbar zur Sicherstellung einer klimaneutralen Prozesswärmebereitstellung

Auf eines müssen sich Unternehmen bei der Umstellung ihrer Prozesswärmeerzeugung verlassen können: die permanente Versorgung mit Erneuerbarer Energie. Denn jeder Ausfall kann zu erheblichen wirtschaftlichen Schäden führen. Dafür ist zum einen eine leistungsfähige Netzinfrastruktur unerlässlich. Hierzu entwickelt das Bundeswirtschaftsministerium eine sektorenübergreifende Systementwicklungsstrategie (SES). Aber auch die Unternehmen selbst müssen aktiv werden, um die nötige Infrastruktur zu ermöglichen:

Soll die Prozesswärme durch Elektrifizierung gesichert werden, empfiehlt sich eine frühe Absprache mit dem Netzbetreiber, damit dieser die nötigen Netzkapazitäten bereitstellen kann. Auch er hat ein hohes Interesse an dieser Partnerschaft: Indem produzierende Unternehmen in Zeiten des Überangebots Solar- und Windstrom für ihre Wärmeproduktion einsetzen, tragen sie zur Flexibilisierung und Stabilisierung der Netze bei.

Zusätzlich können Unternehmen ihre Bedürfnisse in die Netzentwicklungsplanung einbringen (z. B. im Rahmen des NEP Strom).

Auch für Wasserstoff müssen Transport- und Speichernetze ausgebaut werden. Unternehmen sollten auch hier ihren Bedarf frühzeitig an die Fernleitungsnetzbetreiber melden, um in den Netzentwicklungsplan (NEP Gas) einbezogen zu werden.

 

Nützliche Tools zur Prozesswärmeumstellung

Angebote zur Prozesswärmeumstellung

Bereit für die Umstellung auf klimaneutrale Prozesswärme? Wir unterstützen Leuchtturmprojekte in jeder Projektphase – von der Idee über die Finanzierung bis zur Durchführung. Apropos Finanzierung: NRW stellt im Rahmen des Förderpakets „Klimaneutraler Mittelstand“ passende Mittel bereit. Einen Überblick über aktuelle Fördermöglichkeiten bieten unsere Infoseite und unser FÖRDER.NAVI.

Aktuelle Zahlen

70 %
der industriellen Prozesswärme liefern heute noch fossile Brennstoffe wie Kohle, Gas und Öl.
68 %
des Endenergiebedarfs im Industriesektor macht in Deutschland Prozesswärme aus.
2 %
der „Wärme“-Anwendungen im Industriesektor entfallen auf Prozesskälte – 14 Terawattstunden.

Ihr Kontakt

Dr. Klaas Breitkreuz

Dr. Klaas Breitkreuz

Fachexperte Prozesswärme

Robin Siepker

Robin Siepker

Fachexperte Wärme & Gebäude

Jill Zaluszkiewicz

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Fachexpertin Prozesswärme

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