Klimaschutz- und Energieagentur Niedersachsen

Industrielle Fertigungsprozesse sind von hohen Wärmebedarfen geprägt. Dementsprechend werden etwa 20 Prozent des deutschen Endenergiebedarfs für industrielle Prozesswärme eingesetzt. Erdgas ist für die Erzeugung von Prozesswärme aktuell der mit Abstand wichtigste Energieträger, während erneuerbare Energien lediglich vereinzelt genutzt werden (rund 7 Prozent). Ein Großteil der Treibhausgasemissionen des Industriesektors entfällt folglich auf die Prozesswärme.

Unternehmen stehen bei der Umstellung hin zur klimafreundlichen Prozesswärme vor komplexen Herausforderungen. Hemmnisse sind u. a. hohe Strompreise im Verhältnis zu den Gas- und Kohlepreisen, wodurch die notwendige Wirtschaftlichkeit von Investitionen oftmals nicht gegeben ist. Dazu kommen Unsicherheiten über technologische Prozessanforderungen. Dies liegt an der großen Vielfalt verschiedenster Wärmeanwendungen und Temperaturbereiche von z. T. über 1.000 °C und hohen Energiedichten.

Die Vielzahl von Wärmeanwendungen in den nächsten Jahrzehnten schrittweise umzurüsten, stellt eine große Chance für den Industriestandort Deutschland mit seinem Maschinen- und Anlagenbau dar. Es gilt, dass sich Ausrüster und Anwender zusammenfinden, um neue Anwendungen zu erproben und Technologien zur Marktreife zu führen. Dazu können auch Kooperationen zwischen Unternehmen und Wissenschaft beitragen.

Bei Prozesswärme (und -kälte) handelt es sich um Wärme, die für eine Vielzahl industrieller Prozesse, wie Herstellung, Weiterverarbeitung und Veredelung, verwendet wird. Beispiele hierfür sind Trocknung, Formgebung oder Dampferzeugung. Üblicherweise wird nach Temperaturniveaus in Nieder- (bis 500 °C), Mittel- (bis 1.000 °C) und Hochtemperaturprozessen (ab 1.000 °C) differenziert. Bei diesen Prozessen fällt oftmals auch Abwärme an, die es zu nutzen gilt.

Bevor sich Unternehmen mit der Umstellung auf erneuerbare Wärmequellen beschäftigen, sollte zuerst geprüft werden, ob Effizienzpotenziale gehoben werden können. Dabei ist auch der Lebenszyklus der betrachteten Anlagen zu berücksichtigen. Häufig lohnt es sich, ältere Anlagen gleich zu ersetzen und dabei auf Erneuerbare umzustellen. Ist dies jedoch keine Option, sollte der Betrieb optimiert werden.

Ein probates Mittel, um Wärmeverluste zu vermeiden, ist die Dämmung von Anlagen und Rohrleitungen. Zudem bietet sich an, zu prüfen, ob die Prozesstemperatur optimal eingestellt ist oder minimiert werden kann. Bei Industrieöfen führt beispielsweise eine Modernisierung der Brennertechnik zu Einsparungen. Weitere Möglichkeiten zeigt unser Faktenblatt Industrieöfen auf. Wie Effizienzmaßnahmen in Thermoprozessanlagen und Trocknungsprozessen geplant und umgesetzt werden können, zeigt der Vortrag von Dr.-Ing. Jens Strack. 

Bei einer Vielzahl von Prozessen entsteht jedoch auch nach der Hebung aller Effizienzpotenziale Abwärme. Diese sollte genutzt werden. Möglichkeiten der Abwärmenutzung werden auf unserer Themenseite vorgestellt.

Innerhalb jeder Branche und innerhalb der verschiedenen Prozesse benötigen Unternehmen für ihre Wärmeversorgung unterschiedliche Temperaturniveaus. In Zukunft müssen zunehmend erneuerbare Energiequellen und Technologien für die Wärmebereitstellung mitgedacht und eingesetzt werden.

➥ Entscheidend für die erneuerbare Prozesswärmebereitstellung ist neben prozessspezifischen Anforderungen auch der Standort. So sind zum Beispiel die vorhandene oder geplante maximale elektrische Anschlussleistung an das öffentliche Stromnetz als auch eine mögliche Nähe zur geplanten Wasserstoffinfrastruktur von Bedeutung.

Wir haben in Zusammenarbeit mit dem Institut für Industrieofenbau und Wärmetechnik (IOB) der RWTH Aachen University drei Faktenblätter über die Bereitstellung von erneuerbarer Prozesswärme erstellt, die sich weit verbreiteten Wärmeanwendungen im Bereich der Dampferzeugung sowie der Umformtechnik und industriellen Trocknung widmen.

Der Fokus liegt auf der großen Bandbreite gängiger Prozesse und Verfahren, vor allem in der mittelständischen Wirtschaft. Die Faktenblätter bieten Unternehmen und Multiplikatoren einen übersichtlichen Einstieg ins Thema und beleuchten CO₂-arme Technologien der Prozesswärmebereitstellung.

Veranstaltungsreihe "Erneuerbare Prozesswärme"

Im September 2024 haben wir eine Veranstaltungsreihe zum Thema Erneuerbare Prozesswärme durchgeführt. Die Veranstaltungsfolien zu den jeweiligen Terminen finden Sie unten zum Download.

Zusammenfassung und weitere Informationen

Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass technisch eine CO₂-neutrale Prozesswärmeerzeugung schon heute realisierbar ist. Nötig ist in jedem Fall eine individuelle Betrachtung der Prozesse unter Berücksichtigung der Standortbedingungen, der Netzinfrastruktur und der produktionsspezifischen Anforderungen an die Wärmeversorgung.

Allgemein muss unter Berücksichtigung der Effizienz und der Kosten abgewogen werden, welche Technologie(-kombination) sinnvollerweise zum Einsatz kommen sollte. Im Regelfall stellt die Elektrifizierung die langfristig effizientere und daher sinnvollere Option dar. Die Substitution des Erdgases durch grünen Wasserstoff oder auch eine hybride Lösung können jedoch in Einzelfällen (z. B. schwer elektrifizierbare Hoch- und Höchsttemperaturanwendungen > z.B. Projekt SALCOS der Salzgitter AG) gesamtsystematisch vorteilhafter sein.

Hilfestellungen 

• Die Niedersachsen Allianz für Nachhaltigkeit hat in ihrer „Transformationsstudie zur Dekarbonisierung der niedersächsischen Wirtschaft“ Branchensteckbriefe zu niedersächsischen Leitbranchen veröffentlicht. Diese bieten Unternehmen und deren Verbänden einen Einstieg in die wesentlichen Handlungsfelder.
• Unternehmen, die tiefer in den Prozess einsteigen wollen, erhalten detailreiche technologische und ökonomische Informationen in der Studie „CO₂-neutrale Prozesswärmeerzeugung“ des Umweltbundesamts.
• Auch die Agentur energy4climate.nrw hat eine Hilfestellung „Mit Strategie zur klimaneutralen Prozesswärme“ veröffentlicht, an der sich Unternehmen im Planungsprozess orientieren können.