Wie industrielle Abwärme effektiv genutzt werden kann

Aktuell gehen nach Angaben der Deutsche Energie-Agentur (dena) in Deutschland jedes Jahr rund 125 Milliarden Kilowattstunden Abwärme aus Gewerbe und Industrie ungenutzt verloren. Theoretisch könnten damit rund zehn Millionen Haushalte ganzjährig beheizt werden. Der Wert der in die Umwelt abgegebenen Wärme beziffert sich auf bis zu fünf Milliarden Euro, sofern die Wärme innerbetrieblich verwendet werden kann. Wärme, die im Unternehmen nicht nutzbar ist, lässt sich jedoch gewinnbringend vermarkten.

Bundesregierung: Abwärmebörse und Förderprogramme sollen Abwärmenutzung forcieren

Ein Teil dieser nicht verwendeten Abwärme kann beispielsweise in Wärmenetze eingespeist werden, um damit fossile Energieträger zu ersetzen. Des Weiteren soll eine bundesweite Abwärmebörse helfen, dieses große Energiepotenzial zu heben. Verantwortlich für Aufbau 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 das Vorhaben: Das KWKG 2025 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 die Wirtschaft

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 guttut 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. 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,
• gegebenenfalls Verbesserung der ­Produktivität in der Anlagentechnik,
• Imagegewinn als nachhaltiges ­Unternehmen.

Wie kann industrielle Abwärme genutzt werden?

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.

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

Bulten GmbH: Abwärme für Warmwasserversorgung

Folgende Praxisbeispiele zeigen, dass Anlagen zur Nutzung der industriellen Abwärme über Jahre hinweg problemlos funktionieren und durch enorm kurze Amortisationszeiten überzeugen.
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 installiert und in die Abgasstrecke eingebunden.

Die Abgase durchströmen die Aggregate mit einer Temperatur von etwa 350 °C und geben einen Großteil ihrer Wärme an den Wasserkreislauf ab. Beim Verlassen des Wärmewandlers beträgt ihre Temperatur nur noch rund 100 °C. Damit ergibt sich eine Wärmerückgewinnung von etwa 50 kW pro Abgaswärmetauscher. Mit dem so gewonnenen Heißwasser wird ein 10.000 Liter fassender Pufferspeicher beschickt, der die Waschanlage versorgt. Insgesamt ergibt sich so ein Einsparpotenzial von 38.000 Euro pro Jahr. Der Einbau amortisierte sich bereits nach 3,3 Jahren.

Knipex: Abwärme erhitzt Wasser für den Heizkreislauf

Der Werkzeughersteller 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 pro Stunde bei etwa 30.000 m³. Schräder lieferte die passenden Abgas-Wärmewandler in der Ausführung AWT Top mit zwei Registerstufen in kondensierender Betriebsweise. Die Abgastemperatur wird damit auf 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 à 6.000 Liter und wird von dort dem ­Heizkreislauf zugeführt. Über das in Register 2 erwärmte Wasser findet eine Rücklaufanhebung eines Niedertemperatur-Heizkreises statt.

Gartenbaubetrieb Weilbrenner: Abwärme als Ergänzung zur Hackgutheizung

Die fleischfressenden Pflanzen, die der Gartenbaubetrieb Weilbrenner in Freinsheim zieht, benötigen konstant 20 °C bis 22 °C, auch im Winter. Um dies möglichst Ressourcen schonend zu gewährleisten, ließ man eine neue Hackgutheizung mit 800 kW installieren. Ein wichtiger Baustein der Anlage bildet der Wärmetauscher von Schräder (TurbuflexS in der Ausführung ThermTube 900 Condens). Familie Weilbrenner beheizt die 5.500 Quadratmeter messende Gewächshausfläche mit Hackgut aus der Region, um eine möglichst energiesparende sowie umweltschonende Wärmeerzeugung zu realisieren.

Die entsprechende Wärmetauscher-Technologie entzieht dem Abgas die latente Wärme und führt sie dem Heizungsrücklauf zu. Der Abgaswärmetauscher liefert im Nennbetrieb des Wärmeerzeugers eine Wasserleistung von rund 50 kW. Somit können bei einer angenommenen Kessellaufzeit von 2.000 Betriebsstunden pro Jahr etwa 100 MWh eingespart werden. Das Heizkonzept passt damit optimal in die Kreislaufwirtschaft des Gartenbaubetriebs.

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