Prozesswärme aus Bioenergie sorgt für Unabhängigkeit und Klimaschutz

Der Industriesektor in Deutschland ist ein bedeutender Energieverbraucher: knapp 30 Prozent des Endenergieverbrauchs gehen auf das Konto der Industrie. Etwa zwei Drittel des industriellen Endenergieeinsatzes entfallen auf Prozesswärme, die notwendig ist, um Produkte herzustellen, weiterzuverarbeiten oder zu veredeln. Bisher werden erst 5 Prozent der industriellen Prozesswärme aus Erneuerbaren Energien zur Verfügung gestellt, während der Großteil auf der Verbrennung von den fossilen Energieträgern Kohle und Gas basiert.

Insgesamt war der Industriesektor im Jahr 2014 mit 181 Millionen Tonnen Kohlendioxid-Äquivalente (Mio. t CO2-Äquivalente) in Deutschland nach der Energiewirtschaft der zweitgrößte Treibhausgasemittent. Der Anteil am gesamten Treibhaus- gasausstoß lag bei rund 20 Prozent. Die Prozesswärme stellt den größten Anteil am Energiebedarf der Industrie. Von den 715,4 Milliarden Kilowattstunden (kWh) des industriellen Energieverbrauchs im Jahr 2015 sind circa 65 Prozent (467,5 TWh) auf die Prozesswärme zurückzuführen.

Neben niedrigen Öl- und Gaspreisen hemmen sowohl die relativ langen Amortisationszeiten die Investitionen in Erneuerbare Energien in der Industrie, als auch bauliche und technische Gegebenheiten. Darüber hinaus herrscht Unwissen über konkrete Umsetzungsmöglichkeiten und Scheu vor der Komplexität und dem Planungsaufwand, während viele Unternehmen verhalten sind, in bereits bestehende, funktionierende Prozesse einzugreifen. Dabei gilt es, die Vorteile für die Industrie bei der Nutzung von Erneuerbaren Energien in der Prozesswärme zu betonen: So wird die Unabhängigkeit von Rohstoffimporten erhöht und die Klimabilanz der Betriebe verbessert. Zudem stellen sich gleichzeitig positive Marketingeffekte ein, wenn den Kunden klimafreundliche Produkte angeboten werden können.

Prozesswärme mit unterschiedlichen TemperaturniveausAEE_Industrieller_Waermebedarf_Wirtschaftszweige_1706_72dpi

Industrielle Prozesse benötigen unterschiedlichen Temperaturniveaus, wie die Darstellung der zehn Wirtschaftszweige, die den höchsten Energieverbrauch bei der Prozesswärme (ohne Raum- und Warmwasser) aufweisen, verdeutlicht. Während im Gewerbe von Ernährung und Papier ein Temperaturbedarf bis zu 500 Grad Celsius besteht, weisen Wirtschaftszweige wie Glas- und Keramikgewerbe und chemische Industrie unter anderem einen Temperaturbedarf von über 1.000 Grad Celsius auf. Insgesamt hat die Metallerzeugung und -bearbeitung mit großem Abstand den größten Prozesswärmebedarf. Bei der Betrachtung des Prozesswärmebedarfs aller Wirtschaftszweige wird deutlich, dass lediglich ein Viertel auf Temperaturen unter 500 Grad Celsius auskommt. Der Großteil des Prozesswärmebedarfs fällt hingegen auf den Temperaturbereich über 500 Grad Celsius.

Erzielte Temperaturen aus erneuerbaren Wärmequellen

AEE_Erzielte_Temperaturen_aus_Erneuerbaren_Waermequellen_1706_72dpiTemperaturen unter 300 Grad Celsius sind gut erschließbar für Solarthermie, Tiefengeothermie und Wärmepumpen. Innerhalb der Technologien gibt es große Unterschiede: so erreichen beispielsweise Vakuum- röhrenkollektoren bei der Solarthermie bis zu 200 Grad Celsius, während die konzentrierte Solarthermie bis zu 300 Grad Celsius erzielen kann. Aufgrund der Temperaturbegrenzung bei den genannten Technologien, empfiehlt sich der Einsatzbereich Bioenergie bei der Prozesswärme insbesondere im Hochtemperaturbereich. So werden mithilfe der Verbrennung von fester Biomasse und mit Biogas leicht über 500 Grad Celsius erreicht, während mit Biomethan (aufbereitetes und gereinigtes Biogas) auch weit über 500 Grad Celsius zu realisieren sind. Biomethan kann direkt in bestehende Erdgasnetze eingespeist und fossilem Erdgas beigemischt werden und steht damit zum Beispiel für den Einsatz in Blockheizkraftwerken zur Verfügung.

Als klimaschonender Ersatz für Kohle und Gas im Bereich der industriellen Prozesswärme bieten sich vor allem große Lösungen an, in denen sich die Biomasse effizienter einsetzen lässt als in dezentralen Einzelanlagen. Als Brennstoff für die Bereitstellung von Prozesswärme aus Heizwerken oder Heizkraftwerken auf Biomassebasis wird häufig feste Biomasse wie Holzhackschnitzel oder Pellets verwendet. In diesem Zusammenhang können Resthölzer mancher Industrien, wie von Sägewerken, holzverarbeitenden Unternehmen oder Landschaftsbetrieben zur Wärmeerzeugung genutzt werden. Biogene Brennstoffe haben den Vorteil, dass sie sowohl transport- und lagerfähig als auch unabhängig von den Wetterverhältnissen für die Wärmeversorgung sind. In Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen können beispielsweise Pflanzenöl oder Biogas verbrannt werden. Auch die Kombination von Bioenergie mit Solarthermie oder Wärmepumpen ist möglich. Für die Bereitstellung von Prozesswärme werden zukünftig auch die direkte elektrische Wärmeerzeugung (Power-to-Heat) und der Einsatz von weiteren Gasen auf Basis Erneuerbarer Energien (Power-to-Gas, Windgas) relevante Optionen sein. Mit Power-to-Heat kann die Industrie nicht nur ihren eigenen Treibhausgasausstoß senken, sondern auch eine Flexibilisierungsoption für den Stromsektor darstellen. Strom aus Erneuerbaren Energien, der aufgrund von Netzengpässen nicht direkt verbraucht wird, kann in den Industriebetrieben zur Wärmeerzeugung genutzt werden. Dies kann erhebliche Kostensenkungen der Energiewende mit sich bringen.

Die Potenziale von Abwärmenutzung in der Industrie zur Steigerung der Energieeffizienz bleiben oft noch unerkannt. So kann Abwärme beispielsweise in Wärmenetze eingespeist werden oder der Stromerzeugung dienen. Das erhöht die Brennstoffausnutzung erheblich und senkt die Schadstoffemissionen der Wärmeversorgung.

Die Inhalte dieses Artikels stammen aus dem Hintergrundpapier Renews Kompakt 38: Erneuerbare Energie für die Industrie: Prozesswärme aus Bioenergie sorgt für Unabhängigkeit und Klimaschutz der Agentur für Erneuerbare Energien.