Bei Dekarbonisierung der Industrie denken die meisten an Stahl, Chemie oder Zement. Die Ziegelproduktion steht seltener im Fokus. Doch auch hier spielen hohe Temperaturen, lange Prozessketten und damit ein erheblicher Energiebedarf eine wichtige Rolle. Das Forschungsprojekt GreenBricks zeigt nun, wie Dekarbonisierung in dieser Branche funktioniert.
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Wie der Umbau gelingen kann
Am Wienerberger-Standort Uttendorf in Oberösterreich wurde ein neues Energiekonzept für die Industrie umgesetzt. Es demonstriert, wie sich ein traditionell energieintensiver Herstellungsprozess mit Elektrifizierung, Wärmepumpentechnik und digitaler Optimierung grundlegend umbauen lässt. Nach Angaben der Projektpartner Austrian Institute of Technology (AIT), Innovationsnetzwerk New Energy for Industry (Nefi) und des Simulationstechnologie-Anbieters Cadfem konnte der Primärenergieeinsatz um rund 30 % sinken, die CO2-Emissionen gingen um bis zu 88 % zurück.
Das Projekt ist ein Beispiel dafür, dass hohe Prozesswärme nicht zwangsläufig weiter fast ausschließlich aus Erdgas kommen muss. Im Fall von GreenBricks kommt ein neuer, elektrifizierter Ziegelbrennofen zum Einsatz. AIT spricht dabei von einem zentralen Meilenstein des Projekts. Wienerberger bezeichnet Uttendorf sogar als Standort mit einem industriellen Elektroofen für Hintermauerziegel.
Gleichzeitig wurde eine Wärmepumpe integriert, die die im Brennprozess entstehende Abwärme aufnimmt. Danach macht sie diese für die Trocknung der Ziegel wieder nutzbar. Die Energie wird also nicht einfach aus dem Prozess abgeführt, sondern auf ein nutzbares Niveau gebracht und erneut in die Produktion eingespeist. Dieses Schließen von Energiekreisläufen macht den Ansatz sehr wirkungsvoll.
Abwärme der Industrie an die richtige Stelle bringen
Die Anlage arbeitet nicht nur mit einem anderen Ofen, sondern auch mit einem anderen Ansatz. Statt fossile Energie immer wieder neu in den Prozess zu geben, wird vorhandene Wärme systematisch zurückgewonnen und weiterverwendet. Wärmepumpen übernehmen dabei in der Industrie eine ähnliche Grundfunktion wie im Gebäudebereich, nur auf deutlich anspruchsvollerem Temperaturniveau. Cadfem beschreibt Hochtemperatur-Wärmepumpen deshalb als eine Schlüsseltechnologie für energieintensive Prozesse, weil sie industrielle Abwärme direkt nutzbar machen und auf diese Weise den Bedarf an Primärenergie senken können.
Ein Problem, das es häufiger gibt. In vielen Industrien fällt an einer Stelle Wärme an, die an anderer Stelle wieder gebraucht würde, allerdings nicht auf demselben Temperaturniveau. Diese Lücke zu schließen, ist technisch anspruchsvoll und wirtschaftlich hochrelevant.
Simulation bringt Sicherheit in die Prozesse
Hier setzt die Simulation an. Rund um den neuen Elektroofen und die Einbindung der Wärmepumpe wurden die Prozesse digital modelliert und optimiert. Das Verhalten des eingesetzten Ejektors ließ sich nicht mit einfachen Standardmodellen erfassen, weil mehrere komplexe physikalische Phänomene gleichzeitig auftreten.
Dazu zählten neben Überschallgeschwindigkeiten auch starke Turbulenzen und Verdampfung. Erst über robuste Simulationsmodelle und eine verbesserte Einbindung hochauflösender Materialdaten ließen sich Stabilitätsprobleme überwinden und die Auslegung präzise genug gestalten.
Abwärme als Rohstoff
Die Simulation zeigt, dass Einsparungen auch in anderen Bereichen der Industrie möglich sind, wenn es gelingt, Prozesse detailliert zu verstehen und energetisch neu miteinander zu verschalten. AIT beschreibt die entwickelte Technologie deshalb ausdrücklich als gut übertragbar.
Wo andere Industriesektoren mit ähnlichen thermischen Anforderungen arbeiten, könnten sowohl elektrische Heizelemente als auch die Nutzung von Abwärme durch Wärmepumpen mit Anpassungen ebenfalls eingesetzt werden. Genannt werden in den Quellen unter anderem Stahl, Keramik, Papier und Pharma.
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