Wie Wärmetransformatoren genutzt werden können

Für eine dekarbonisierte und effiziente Wärmebereitstellung in der Industrie braucht es auch sogenannte wärmeaufwertende Technologien, damit Wärmequellen noch besser genutzt werden können in Gewerbe- und Industriebetrieben. Abwärmequellen zum Beispiel liefern oftmals zu niedrige Temperaturniveaus, um sie für Industrieprozesse nutzen zu können. Hier könnten in bestimmten Fällen Wärmetransformatoren helfen. Sie heben die Wärme von einem niedrigen auf ein höheres Temperaturniveau und nutzen dafür die zugeführte Wärme als Antrieb.

Diese Technologie wird in Europa jedoch fast nicht genutzt. Nach Ansicht des Fraunhofer-Instituts für Energieforschung ENIQ stellen solche Wärmetransformatoren allerdings ein großes Potenzial dar. Daher haben Forschende gemeinsam mit Herstellern diese Technologie sowie Praxisbeispiele in einem Online-Dialog „Wärmetransformation 2.0“ am 26. April vorgestellt.

Beim Gelingen der Wärmewende spielt nach Informationen der Fraunhofer Forscher die Industrie eine große Rolle, denn der Großteil des Endenergiebedarfs dort ist mit 80 % durch die Bereitstellung von Wärme gegeben. Zugleich sind mehr als 50 % der Brennstoffe immer noch fossil, sagte Reuven Paitazoglou vom Fraunhofer-Institut IEG als Referent bei der Veranstaltung. Um die Industrie zu dekarbonisieren, muss „im Industriesektor ein grundlegender Wandel stattfinden“, so Paitazoglou – weg von fossilen hin zu erneuerbaren Quellen sowie die bessere Nutzung von bestehenden Wärmequellen.

Wärmetransformatoren stellen dabei eine besondere Art von Wärmepumpen dar. „Sie zeichnen sich dadurch aus“, erklärte Jan Albers von der TU Berlin, dass ein solcher Transformator „einen Wärmestrom mit einem mittleren Temperaturniveau aufspalten kann“ in einen Wärmestrom mit einem hohen Temperaturniveau sowie einem niedrigen Niveau. Wärmetransformatoren können dort sinnvoll eingesetzt werden, wo die Wärme auf mittlerem Temperaturniveau zur Verfügung steht, aber nicht direkt genutzt werden kann, da die Wärmeverbraucher eine höhere Temperatur benötigen.
Integration von Wärmetransformatoren darf den eigentlichen Industrieprozess nicht stören

Nach Recherchen der TU Berlin wurden weltweit allerdings bislang lediglich 43 solcher Anlagen mit einer Gesamtheizleistung von rund 134 MW verbaut. Insbesondere kommen solche Wärmetransformatoren in der Chemie- sowie in der Lebensmittelindustrie zum Einsatz. Gerade einmal eine Anlage steht in Deutschland – hierzulande setzt sie ein Lebensmittelkonzern ein. Drei Viertel der bestehenden Anlagen befinden sich in Asien, vor allem in Japan und China. Japan hatte diese Technologie Anfang der 80er Jahr erforscht und gefördert. Hersteller wie Thermax, Gastrim International oder Johnson Controls stellen Wärmetransformatoren her. Jedoch sei die Integration in einen Industrieprozess nicht trivial, hier brauche es dringend noch mehr Erfahrungen in der Praxis.

Das EU-Projekt „Industrial Energy and Environment Efficiency - Indus3Es” hat sich zwischen den Jahren 2015 und 2020 mit der Thematik Absorptionswärmetransformatoren beschäftigt und deren Marktpotentiale herausgearbeitet. Ein wichtiges Ergebnis ist, dass Anlagen zwischen 500 kW und 5 MW durchaus sinnvolle ökonomische Potenziale für Industriekunden haben können.

Als ein weiteres Anwendungsfeld wurden Fernwärmenetze genannt. Mit den Wärmetransformatoren könnten in den Netzen die Vorlauftemperaturen abgesenkt werden sowie mehr Wärmequellen eingebunden werden. Solche Anlagen können auch die Effizienz von bestehenden KWK-Anlagen nochmals erhöhen. Mit Wärmetransformatoren könnte zudem die Nutzleistung einer Geothermieanlage durch weitere Auskühlung des Rücklaufs erhöht werden und zudem auch Wärme mit einem höheren Temperaturniveau energieeffizient bereitgestellt werden.

Solche Transformatoren sind außerdem förderfähig in Deutschland, sagte Kai Winkelmann vom Cottbuser Kompetenzzentrum Klimaschutz in energieintensiven Industrien (KEI). Das KEI berät und fördert. Mit dem Förderprogramm „Dekarbonisierung in der Industrie“ unterstützt das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) über das KEI Projekte in der energieintensiven Industrie, die prozessbedingte Treibhausgasemissionen, welche nach heutigem Stand der Technik nicht oder nur schwer vermeidbar sind, möglichst weitgehend und dauerhaft reduzieren.

Die geförderten Projekte müssen einen hohen Innovations- und Demonstrationscharakter haben sowie modellhaft auf andere Unternehmen übertragbar sein. Ziel des Programms ist es, die jährlichen Treibhausgasemissionen der energieintensiven Industrie um 2,5 Mio. Tonnen CO2-Äquivalente im Jahr 2030 zu reduzieren. Grundlage des Programms ist die Förderrichtlinie zur Dekarbonisierung in der Industrie.