Vernachlässigte Energiequelle

Obwohl mit dem avisierten „Verbrenneraus“ auf europäischer Ebene wieder massive Zweifel aufgekommen sind: Mit dem Koalitionsvertrag von Anfang 2025 bekennen sich CDU/CSU und SPD klar zum Ziel, die Klimaneutralität bis 2045 zu erreichen. Damit zeigt die amtierende Bundesregierung durchaus Engagement, wenn es um die Wärmewende und damit auch um den Ausbau der industriellen Abwärmenutzung geht. Dabei spielen KWKG (Kraft-Wärme-Kopplungsgesetz) und die Bundesförderung für effziente Wärmenetze (BEW) für die Förderung der dekarbonisierten Wärmeversorgung eine zentrale Rolle. Zudem unterstreicht das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) regelmäßig, dass nur eine Kombination aus Energieeffzienz, erneuerbaren Energien und Abwärme die Wärmewende bis 2045 möglich machen kann.

Aha, möchte man meinen – die Bundespolitik hat grundsätzlich verstanden, dass hier eine heimische Energiequelle existiert, die es zu nutzen gilt. Immerhin gehen nach Angaben der Deutsche Energie-Agentur (dena) bei uns jedes Jahr rund 125 Mrd. Kilowattstunden (kWh) Abwärme aus Gewerbe und Industrie ungenutzt verloren. Damit könnten theoretisch rund 10 Mio. Haushalte ganzjährig beheizt werden. Der Wert der in die Umwelt abgegebenen Wärme beziffert sich auf bis zu 5 Mrd. Euro, sofern die Wärme innerbetrieblich verwendet werden kann. Wärme, die im Unternehmen nicht nutzbar ist, lässt sich gewinnbringend vermarkten. Ein Teil dieser nicht verwendeten Abwärme kann beispielsweise in Wärmenetze eingespeist werden, um damit fossile Energieträger zu ersetzen.

Bundesweite Abwärmebörse

Des Weiteren soll die bundesweite Abwärmebörse (Kurzlink lmy.de/qicyP) helfen, dieses große Energiepotenzial zu heben. Verantwortlich für Aufb au und Betrieb der Plattform für Abwärme ist die Bundesstelle für Energieeffizienz (BfEE) im Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA). Gesetzliche Grundlage ist das Energieeffizienzgesetz (EnEfG) von 2023. Zusätzlich unterstützen staatliche Förderprogramme dieses Vorhaben: Das KWKG soll weiterentwickelt werden, statt auszulaufen. Dieses Signal zeigt, dass die Öffentliche Hand bei der Nutzung von Abwärme und Kraft-Wärme-Kopplung am Ball bleibt. Darüber hinaus unterstützt die BEW-Förderung nicht nur Wärmenetze, die erneuerbare Wärme integrieren, sondern explizit auch solche mit einem hohem Abwärmeanteil.

Investitionsbremsen schwächen Wirtschaftsstandort

Andererseits stehen die Verantwortlichen in großen Gewerbe- und Industriebetrieben allzu häufig auf der Budgetbremse. Im Inland möchten international agierende Konzerne aktuell kaum noch investieren. Dies stellt einen schwerwiegenden Fehler dar, der weder der betrieblichen Infrastruktur gut tut, noch den heimischen Industriestandort stärkt. Anders sieht es im energieintensiven Mittelstand aus, für den aus vielerlei Gründen eine gewisse Standorttreue von Bedeutung ist. Großbäckereien und Brauereien zählen genauso dazu wie Rechenzentren, Groß-Gärtnereien oder Produktionsbetriebe aus der Bau-, Holz- und Metallwirtschaft. SHK-Fachbetrieben bietet sich in diesem Zusammenhang die Chance, derartige Unternehmen mit Know-how und Montagekompetenz zu unterstützen. Zudem gibt es zahlreiche gute Gründe, die für eine Nutzung industrieller Abwärme sprechen:

• Reduzierung des Energiebedarfs und damit einhergehend der Energiekosten
• Erhöhung des Autarkiegrads und mehr Unabhängigkeit von externen Energieversorgern
• Verringerung der Umweltbelastung
• ggf. Verbesserung der Produktivität in der Anlagentechnik
• Imagegewinn als nachhaltiges Unternehmen.

Vielschichtige Nutzungsmöglichkeiten

Unternehmen können ihre Abwärmepotenziale über verschiedene Wege realisieren. Ein wesentliches Kriterium wird durch das Temperaturniveau gebildet, das über einen gleichbleibenden Zeitraum (möglichst 24/7) zur Verfügung stehen sollte. Je nach Temperatur der Abwärmequelle lassen sich verschiedene Lösungen zur Energierückgewinnung realisieren. Als geeignete Quellen gelten beispielsweise Prozessabluft, Kälteanlagen und Kühlsysteme, Back- und Heizgeräte, Anlagen zur Drucklufterzeugung sowie raumlufttechnische (Klima-)Systeme. Die Nutzungsmöglichkeiten der gewonnenen Energie reichen dabei von der Wärme-, über Kälte- bis hin zur Strombereitstellung.

Förderprogramme zur industriellen Abwärmenutzung

Thematisch greifthier das Förderprogramm 295 der KfW. Es sind Zuschüsse von bis zu 55 % möglich. Relevant sind die Module 2 und 4.

Das Modul 2 des Programms „Prozesswärme aus Erneuerbaren Energien“ sieht Folgendes vor: Der Erwerb (u. a.) von Biomasseanlagen zur Bereitstellung von Wärme kann mit bis zu 40 % gefördert werden – vorausgesetzt, die erzeugte Wärme wird zu über 50 % für Prozesse zur Herstellung von Produkten oder zur Erbringung von Dienstleistungen verwendet.

Das Modul 4 „Energie- und ressourcenbezogene Optimierung von Anlagen und Prozessen“ nennt diese Eckdaten: Gefördert wird die Erschließung und Nutzung von Prozessabwärme inklusive aller erforderlichen Maßnahmen an der Anlagentechnik. Dazu zählen erforderlichen Verbindungsleitungen, Einspeisung in Wärmenetze inklusive der Verbindungsleitungen und Maßnahmen zur Verstromung von Abwärme (z. B. ORC). Die Förderung beträgt bis zu 45 %, bei der außerbetrieblichen Abwärmenutzung bis zu 55 %.

Weitere Infos unter www.kfw.de

Bei der Wärmebereitstellung können Unternehmen Anlagetechniken wie Abgas- oder Abluft-sowie Abwasserwärmewandler, Wärmespeicher oder auch Wärmepumpen sinnvoll einsetzen, um die Abwärme für interne Prozesse weiter zu nutzen. Bei der Kältebereitstellung hingegen werden meist Absorptionskältemaschinen zur Abwärmenutzung verwendet.

Für die Strombereitstellung aus Abwärme sind in erster Linie Hochtemperaturprozesse geeignet. Über Dampf(gas)turbinen oder ORC-Anlagen (Organic Rankine Cycle) kann das Unternehmen quasi „rückgewinnend“ mit Strom versorgt werden.

Gelungene Projekte – 5 Beispiele aus der Praxis

Die nachfolgenden Beispiele zeigen, dass Anlagen zur Nutzung von industrieller Abwärme in der Praxis funktionieren und zudem oftmals durch kurze Amortisationszeiten überzeugen.

Beispiel 1: Die Bulten GmbH, ein Hersteller von Schrauben im westfälischen Bergkamen, nutzt in der Vergüterei die hohen Abgastemperaturen der Glühöfen für die Warmwasserversorgung der benötigten Waschanlagen im Herstellungsprozess. Zu diesem Zweck wurden zwei Abgaswärmetauscher des Herstellers Schräder installiert und in die Abgasstrecke eingebunden. Die Abgase durchströmen die Aggregate mit einer Temperatur von ca. 350 °C und geben einen Großteil ihrer Wärme an den Wasserkreislauf ab. Beim Verlassen des Wärmewandlers beträgt ihre Temperatur nur noch ca. 100 °C. Damit ergibt sich eine Wärmerückgewinnungsleistung von ca. 50 kW pro Abgaswärmetauscher. Mit dem so gewonnenen Heißwasser wird ein 10 000 l fassender Pufferspeicher beschickt, der die Waschanlage versorgt. Insgesamt ergibt sich so ein Einsparpotenzial von 38 000 Euro jährlich. Der Einbau amortisierte sich dem Bekunden nach bereits nach 3,3 Jahren.

Beispiel 2: Der Markenhersteller Knipex produziert in Wuppertal täglich etwa 45 000 Zangen. Zur Nutzung der Abgaswärme wurden in der Härterei Abgaswärmetauscher direkt oberhalb der Vergütelinie auf einer speziell angefertigten Bühne eingebaut. Insgesamt liegt der Abgas-Volumenstrom der Vergütelinie bei ca. 30 000 m³/h. Zwei spezielle Abgas-Wärmewandler in der Ausführung „AWT Top“ mit zwei Registerstufen für eine kondensierender Betriebsweise nutzen die Abwärme. Die Abgastemperatur wird damit auf etwa 60 °C abgekühlt. In Register 1 wird eine Wassertemperatur von 95 °C generiert; in Register 2 eine Wassertemperatur von 40 °C. Über die Abgas-Kondensation wird zusätzliche Energiemenge frei (Brennwert). Das in Register 1 aufgeheizte Wasser gelangt in fünf Pufferspeicher mit jeweils 6000 l Inhalt und wird von dort dem Heizkreislauf zugeführt. Über das in Register 2 erwärmte Wasser findet eine Rücklaufanhebung eines Niedertemperatur-Heizkreises statt.

Beispiel 3: Der Hausgerätehersteller Miele produziert im westfälischen Werk Oelde Backöfen sowie Zubehör. Die Backbleche und -muffeln werden bei hohen Temperaturen gebrannt. Dieser energieintensive Vorgang zieht eine Abwärme mit Temperaturen von bis zu 250 °C nach sich. Ein großer Teil davon wird durch zwei „NET“-Abgaswärmetauscher mit Leistungen von 97 bzw. 50 kW erschlossen und anschließend der Produktion bzw. der Gebäudeheizung zugeführt. So können jährlich Betriebskosten in Höhe von etwa 43 000 Euro eingespart werden. Dadurch amortisiert sich die Anlage Berechnungen zufolge nach ca. 3,5 Jahren.

Beispiel 4: In der Milchwirtschaftumfasst die Verarbeitung neben der Pasteurisierung auch Prozesse des Kühlens, Fermentierens, Trocknens und der Lagerung des Milchprodukts. Für diese Prozesse steht eine breite Palette an Wärmeübertragern als Schlüsselkomponenten zur Verfügung. So werden Platten-Wärmeübertrager aus Edelstahl für die Rohmilchkühlung, die Milch-Pasteurisierung und die Kühlung der Milchprodukte auf Verpackungstemperatur eingesetzt. Mit hocheffizienten (geschraubten) Platten-Wärmeübertragern kann aufgrund der speziellen Wellengeometrie ein bis zu 10 % höherer Wirkungsgrad als mit Standard-Platten-Wärmeübertragern erreicht werden. Der Arbeitsbereich der Platten-Wärmeübertrager liegt in dem Temperaturbereich von-20 °C und +170 °C und je nach Produkt bei einem maximalen Druck von 6, 10, 16, 25 und 30 bar. Die Fermentation der Milch erfolgt über einen Edelstahl-Rohrbündel-Wärmeübertrager, den u.a. seine hohe Effizienz auszeichnet. Derartige Wärmeübertrager verbessern die Produktionseffizienz in der Milchverarbeitung und stellen die Einhaltung hoher Hygienestandards bei gleichzeitiger Energieeinsparung sicher.

Beispiel 5: Die Alpu GmbH aus dem Landkreis Sigmaringen gilt als Spezialist von Oberflächen-, Pulver- und KTL-Beschichtungen (kathodische Tauchlackierungen). Die Betreiber statteten vier ihrer Trocknungs- und Beschichtungsöfen mit hocheffizienten Abgaswärmetauschern aus. Die gasbefeuerten Spezialöfen mit einer Leistung von je 200 kW arbeiten im 2-Schichtbetrieb an fünf Tagen in der Woche etwa 16 Stunden täglich mit einer Abgastemperatur von ca. 260 °C. Durch den Einsatz der Rippenrohr-Wärmetauscher konnte die Nutzung des latenten Abwärmepotenzials realisiert bzw. diese Temperatur auf etwa 110 °C abgesenkt werden. Im Ergebnis ergibt sich daraus eine jährliche CO₂ Minderung von ca. 100 t sowie eine Energieeinsparung von etwa 40 000 Euro jährlich. Die Amortisationszeit wird auf (nur) zwei Jahre beziffert.

Quintessenz

Die amtierende Bundesregierung hat zur Nutzung industrieller Abwärme wirkungsvolle Instrumente geschaffen, um die nötige Planungssicherheit sowie Unterstützung für alle Beteiligten zu bieten. Das geht von der Abwärmebörse bis hin zu staatlichen Förderprogrammen. Aufgabe der TGA-Fachbranche ist es nun, die Verantwortlichen in der Wirtschaft und den Kommunen qualifiziert zu begleiten, um dieses große Energiepotenzial zu heben.

Autor: Dieter Last ist Handwerksmeister und Fachjournalist in der TGA-Branche sowie langjähriges Mitglied im Arbeitskreis Baufachpresse e. V.