Passende Wärmepumpe auf Knopfdruck: Fraunhofer ISE stellt Online-Tool vor

Die Industrie sieht sich in den nächsten Jahrzehnten mit der Herausforderung konfrontiert, ihre Prozesse von fossilen Trägern auf erneuerbare Energien umzustellen. Hochtemperatur-Wärmepumpen spielen dabei eine zentrale Rolle, da sie in der Lage sind, Prozesswärme bis zu einer Temperatur von etwa 200°C mit hoher Effizienz zu generieren. Im Rahmen des Projekts „IdWPPro“ hat das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE verschiedene Industrieprozesse analysiert und die Eignung sowie Auswahl von Hochtemperatur-Wärmepumpen bewertet. Das Ergebnis ist ein interaktives Onlinetool, das Unternehmen dabei unterstützt, eine geeignete Wärmepumpenlösung für ihre spezifischen Anforderungen zu finden.

Im ersten Schritt kategorisierten die Forschenden des Fraunhofer ISE bewährte Wärmepumpentechnologien anhand von Kriterien wie dem zugrundeliegenden thermodynamischen Kreisprozess, den verwendeten Verdichtertechnologien und den eingesetzten Kältemitteln. Parallel dazu untersuchte das Projektteam den Prozesswärmebedarf verschiedener Industriezweige. Ursula Wittstadt, Leiterin des Projekts, betont: „Insbesondere bei Prozessen, die Temperaturen zwischen 100 und 200°C erfordern und gleichzeitig einen hohen Kühlbedarf aufweisen, können Hochtemperatur-Wärmepumpen eine sinnvolle Lösung sein.“

Interaktives Tool identifiziert geeignete Wärmepumpentechnologien

Auf Basis dieser Analyse entwickelten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler ein interaktives Tool namens „Technologie-Landkarte“. Diese Online-Anwendung stellt die verfügbaren Wärmepumpentechnologien den wichtigen Industrieprozessen gegenüber. Zwei Visualisierungen bilden das Herzstück des Tools: Die erste Grafik zeigt die verschiedenen Wärmepumpentechnologien in Abhängigkeit von der Wärmeleistung und dem Temperaturbereich auf der Wärmesenke. Die zweite Grafik bildet relevante Wirtschaftsbranchen und deren benötigte Prozesstemperaturen ab. Durch die Anordnung der Grafiken ist eine einfache Zuordnung möglich, sodass Unternehmen anhand des Tools die für ihre Prozesse am besten geeignete Wärmepumpe finden können.

Die Plattform richtet sich an verschiedene Zielgruppen, darunter Akteure aus Industrie und Gewerbe, die den klimaneutralen Umbau ihrer Wärmeversorgung vorantreiben möchten, sowie Herstellende von Wärmepumpen. Auch Forschende werden angesprochen. Die Internetseite bietet einen umfassenden Überblick über die unterschiedlichen Systeme, gegliedert nach Funktionsprinzip, Temperatur- und Leistungsbereich. Darüber hinaus können Nutzende interaktiv die erforderlichen Prozesstemperaturen für industrielle Anwendungen wie Reinigung oder Kühlung abrufen. Verlinkte Datenblätter mit Informationen zu Kreislaufprozessen, Verdichtertechnologien und Kältemitteln stehen zusätzlich bereit.

Kontinuierliche Erweiterung der Datenbasis

Der Datenpool, auf dem das Onlinetool basiert, wird kontinuierlich erweitert. Herstellerfirmen von Wärmepumpen und Komponenten sowie Beteiligte aus der Prozessindustrie haben die Möglichkeit, sich mit dem Fraunhofer ISE in Verbindung zu setzen, um ihre Daten in die Plattform einzubinden. Durch diese Zusammenarbeit soll sichergestellt werden, dass das Tool stets auf dem aktuellen Stand bleibt und eine breite Palette an Lösungen abbildet. Die Unternehmen haben eine große Motivation, ihren Teil zu dem Projekt beizutragen. Schließlich ist es für sie eine gute Möglichkeit, für ihre Produkte zu werben.

Das Projekt „IdWPPro“ ist Teil des neuen Forschungsleitthemas „Klimaneutrale Industrie“ am Fraunhofer ISE. Im Rahmen dieses Schwerpunkts unterstützt das Institut Unternehmen bei der Umstellung auf eine CO₂-neutrale Energieversorgung. Das Leistungsportfolio umfasst dabei ein breites Spektrum an Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten, die darauf abzielen, die Wettbewerbsfähigkeit der Unternehmen zu erhalten oder sogar zu steigern. Beispielsweise lassen sich die Betriebskosten erheblich reduzieren, indem Energie eingespart und Abwärme genutzt wird. Zudem ermöglicht eine Energieversorgung auf Basis erneuerbarer Energien den Unternehmen, ihre Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen zu verringern und aktuelle sowie zukünftige Anforderungen zu erfüllen.

Ganzheitliche Konzepte durch umfassende Analysen und Lösungen

Das Fraunhofer ISE bietet seinen Kundinnen und Kunden umfassende Prozessanalysen und -simulationen sowie die Beschreibung möglicher Transformationspfade unter Berücksichtigung verschiedener Technologieoptionen. Dazu gehört beispielsweise die Installation einer betriebseigenen Photovoltaikanlage, um den Strombezug aus dem öffentlichen Netz zu reduzieren. Auch das Erzeugen erneuerbarer Prozesswärme oder -kälte mithilfe von Wärmepumpen oder Direktheizungen ist ein wichtiger Bestandteil der Lösungsansätze. Je nach Anwendungsfall können Wärme- und Kältespeicher sowie Batteriespeicher vorteilhaft in das betriebseigene Versorgungssystem eingebunden werden.

Um Nachhaltigkeitskonzepte ganzheitlich umzusetzen, betrachten die Forschenden des Fraunhofer ISE auch Wertstoffkreisläufe und die Aufbereitung von Industrieabwässern. Abwässer stellen oft nicht nur eine Abwärmequelle dar, sondern können wertvolle Reststoffe wie Metalle, Mineralien oder Säuren enthalten. Mithilfe von membranbasierten Anlagen können diese Stoffe zurückgewonnen und wiederverwendet werden, was dazu beiträgt Stoffkreisläufe zu schließen.

Das Projekt „IdWPPro“ wurde vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) gefördert und soll einen Beitrag zur Dekarbonisierung der Industrie leisten.