„nachhaltige technologien 01 | 2022"

Es ist erkennbar, dass in den meisten Sektoren die Anteile der Nutzenergiekategorie „Prozesswärme“ sehr hoch sind. Diese Nutzenergiekategorie spielt eine große Rolle bei der Dekarbonisierung von indus- triellen Prozessen, da über 50 Prozent des Endener- giebedarfs dieser Kategorie mit fossilen Brennstoffen erzeugt wird. Zum Beispiel wird im Sektor Nahrungs- und Genussmittel rund 80 Prozent der Prozesswärme aus Erdgas erzeugt, wobei mehr als die Hälfte der Prozesswärme auf einem Temperaturniveau kleiner als 200 °C benötigt wird [3] . Das Projekt CORES als Lösungsansatz zur Dekarbonisierung der Industrie Um die Dekarbonisierung der Industrie voranzutrei- ben, muss der Anteil an erneuerbaren Energiequellen und die Effizienz der Industrieprozesse gesteigert werden. Die vollständige Dekarbonisierung des Prozesswärmebedarfs eines industriellen Betriebs ist in den meisten Fällen durch die Anwendung von nur einer Technologie nicht realisierbar. Stattdessen besteht die Möglichkeit, mehrere erneuerbare bzw. effizienzsteigernde Technologien miteinander zu kombinieren. Im Forschungsprojekt CORES (Combined Renewable Energy Systems) werden solche Technolo- giekombinationen, bestehend aus Solarthermie, Pho- tovoltaik, thermische Speicher und Wärmepumpen, sowie direkte Abwärmerückgewinnung zur Deckung des industriellen Wärmebedarfs auf niedrigem und mittlerem Temperaturbereich (bis 150 °C) genauer untersucht. Als Grundlage für die Untersuchungen dienen die Prozesse der Industriepartner des Projekts. Dabei handelt es sich um zwei Beispiele aus dem Sektor „Nahrungs- und Genussmittel“ und um ein Bei- spiel aus dem Sektor „Steine und Erden, Glas“. Damit wird die Praxisrelevanz der Ergebnisse sichergestellt. Das Ziel des Projektes ist es, optimale, an den Prozess- wärmebedarf angepasste Technologiekombinationen zu ermitteln und allgemeine Informationen für die Umlegung der Erkenntnisse auf andere Industriepro- zesse zu gewinnen. CORES wird als D-A-CH-Projekt gemeinsam mit Part- nern aus Deutschland und der Schweiz durchgeführt, um zusätzliche Synergien im Bereich optimierter Integration von erneuerbaren Energiequellen in Industriebetrieben sowie innovativer ökonomischer Bewertungsparameter zu nutzen. Zuverlässige Ergebnisse durch Simulation der Technologiekombinationen Ausgangspunkt für die Vorauswahl relevanter Tech- nologiekombinationen für einen Industrieprozess sind Informationen zum Prozesswärmebedarf und zur verfügbaren Abwärme. Sind Abwärmeströme vorhanden, können diese ent- weder direkt mittels Wärmeübertrager für Prozesse oder über eine Wärmepumpe, die zusätzlich eine Erhöhung des Temperaturniveaus bewirkt, nutzbar gemacht werden. Durch solche Maßnahmen wird die Effizienz des Industrieprozesses gesteigert und je nach zuvor verwendeter Energiequelle auch der CO 2 - Ausstoß reduziert. Die Einbindung von Solarthermie und Photovoltaikanlagen ermöglicht die Nutzung von erneuerbaren Energiequellen zur Prozessversorgung, wobei die verfügbaren Dachflächen berücksichtigt werden. Fluktuationen in der Wärmeversorgung sowie im Prozesswärmebedarf können durch den Einsatz von thermischen Speichern ausgeglichen werden. Im Projekt CORES werden einfache physikalische Modelle der einzelnen Technologien für die Unter- suchungen zu einem Systemmodell verknüpft. Durch einen modularen Aufbau können die einzelnen Technologiemodelle beliebig miteinander verknüpft werden, da auch die Verschaltung der einzelnen Tech- nologien eine große Rolle spielt. Ein Beispiel für eine Technologiekombination ist in der folgenden Abbil- dung dargestellt. In dieser Konfiguration werden drei Verbraucher über parallel zueinander verschaltete Wärmepumpen versorgt. Für die Prozesswärmeversorgung sind sowohl Son- nenkollektoren als auch Abwärmerückgewinnung vorgesehen, wobei diese in einen thermischen Spei- cher einspeisen, um Fluktuationen zu glätten. Der thermische Speicher versorgt wiederum drei Wärme- pumpen (eine Wärmepumpe pro Verbraucher), die das Temperaturniveau der Wärmeträgermedien anheben. Auf Grund von prozessseitigen Schwankungen des Wärmebedarfs ist beim untersten Verbraucher ein zusätzlicher thermischer Speicher auf der Hochtem- peraturseite der Wärmepumpe vorgesehen. Darüber hinaus inkludiert diese Konfiguration eine Photovol- taikanlage. Da bei den Untersuchungen die indust- rielle Prozesswärmeversorgung im Fokus steht, wird diese zur elektrischen Versorgung der Wärmepumpen eingesetzt. Außerdem wird zusätzlich von der Wär- [1] European Energy Exchange AG, Spotmarkt, https://www.eex.com/de/marktdaten/umweltprodukte/spotmarkt , Zugriff am 20.12.2021 [2] Wien Energy GmbH, Gastbeitrag: Ein CO2-Preis in Österreich https://positionen.wienenergie.at/blog/gastbeitrag-ein-co2-preis-in-osterreich/, Zugriff am 20.12.2021 [3] Statistik Austria, Nutzenergieanalyse Österreich 1993 – 2020, https://www.statistik.at/web_de/statistiken/energie_umwelt_innovation_mobilitaet/ energie_und_umwelt/energie/nutzenergieanalyse/index.html, Zugriff am 20.12.2021