CO2-arme Prozesswärmeerzeugung

Dr.-Ing. Christian Schwotzer
RWTH Aachen University

Energieintensive Branchen wie die Stahl, Glas, Keramik oder auch die Nicht-Eisenmetallindustrie, bei denen neben energiebedingten Treibhausgasemissionen auch besonders schwer vermeidbare, technisch-physikalisch bedingte Prozessemissionen eine Rolle spielen, werden durch die Energiewende und den damit verbundenen zunehmenden Einsatz erneuerbarer Energien vor vielfältige Herausforderungen und Risiken gestellt. Neue Technologien im Energiesektor wie Smart Grids, virtuelle Kraftwerke oder Demand-Side- Management sowie insbesondere klimaschutzpolitische Ziele in Bezug auf den Schadstoffausstoß und den Einsatz fossiler Energieträger verändern den Energiemarkt. Dies macht Investitionen in energieintensive Anlagen der Thermoprozesstechnik zunehmend schwieriger.

Für eine erfolgreiche Energiewende müssen wärmetechnische Anlagen und Produktionsketten für den Betrieb mit Strom aus erneuerbaren Energien oder anderen zukünftigen, CO2-armen Energieträgern ausgelegt werden. Gleichzeitig müssen Energie- und Anlagenverfügbarkeit, Produktqualität sowie Wirtschaftlichkeit gewährleistet bleiben. Dies erfordert für Thermoprozessanlagen und Industrieöfen ein Überdenken konventioneller Beheizungskonzepte in Bezug auf die Möglichkeiten einer CO2-armen Prozesswärmeerzeugung.

In der Gießerei-Industrie beispielsweise, werden in Deutschland aktuell nicht nur aufgrund vergleichsweise geringer Energiekosten, sondern auch aus physikalischen und werkstofftechnischen Gründen, vielfach fossilbeheizte Industrieöfen eingesetzt. Im Rahmen der Energiewende ist es jedoch notwendig, vorhandene Thermoprozesse auf CO2-arme bzw. CO2-freie Technologien umzustellen. Hierfür kommen verschiedene Optionen in Frage, die in diesem Beitrag anhand von Beispielen in Bezug u.a. auf ihre technische Machbarkeit, Herausforderungen sowie den zu erwartenden Energieeinsatz diskutiert werden.

Die Arbeiten sind Teil einer Studie für das Umweltbundesamt, welche zusammen mit dem Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung durchgeführt wird. Ziel der Studie ist es, die Möglichkeiten einer Umstellung auf eine CO2-neutrale Prozesswärmeerzeugung in der Industrie bis zum Jahr 2050 anhand ausgewählter Branchen und Techniken ganzheitlich zu analysieren und potentielle Transformationspfade für die unterschiedlichen Branchen der Metall- und Mineralindustrie zu erarbeiten.

Der vorgestellte Beitrag umfasst den Stand der Technik in der deutschen Gießerei-Industrie auf Basis einer Umfrage im BDG, eine Einschätzung zu den möglichen Transformationsszenarien (u.a. für den Kupolofen) hinsichtlich elektrischer, aber auch gasbasierter, CO2-armer Alternativtechnologien, sowie dem zukünftigen Forschungsbedarf. Dabei stellt sich die Transformation hin zu CO2-armen bzw. CO2-freien Technologien als eine mehrdimensionale Herausforderung dar, bei der u.a. die technische Machbarkeit, der ökologische Fußabdruck sowie die Möglichkeiten einer wirtschaftlichen Umsetzung von zentraler Bedeutung sind.

Dr.-Ing. Christian Schwotzer