Zeitschrift EE

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2013-02: 25 Jahre AEE-INTEC

Energie für die nächste industrielle Revolution

TitelbildAbbildung 1: Hocheffiziente Prozesstechnologie in einer österreichischen Molkerei

Von Hans Schnitzer und Christoph Brunner

Die produzierende Industrie braucht eine neue Industrielle Revolution, um Betriebe und Arbeitsplätze wieder nach Europa zu holen. Energieeffizienz und der Umstieg auf Erneuerbare Energie ist ein Teil dieser Revolution, bei der AEE INTEC
entscheidend mitwirkt.

Erste und zweite industrielle Revolution

Unter einer industriellen Revolution versteht man eine rasche Umgestaltung der Arbeits- und Sozialordnung durch neue Produktionsstrukturen. Eine solche Revolution erfolgte in Europa erstmals im 19. Jahrhundert und leitete  das Industriezeitalter ein. Die Erfindung der Dampfmaschine und die Nutzung der Dampfkraft in den Werken war ein wichtiger Auslöser dieser Entwicklung (Abbildung 2).
Die Industrielle Revolution markiert mit dem steigenden Kohleeinsatz den Beginn eines starken Anstiegs im Verbrauch fossiler Brennstoffe und infolgedessen auch einen starken Anstieg in der Emission insbesondere von fossilem Kohlendioxid. In der Literatur wird die These vertreten, dass eine Energiekrise – nämlich Holzknappheit infolge der Abholzung von Wäldern für Schiffsbau etc.– einen wichtigen Impuls gab für die Erschließung neuerEnergiequellen und somit Auslöser war für die „1. Industrielle Revolution“ [1].
Diese „Erste Industrielle Revolution“ erbrachte eine Bevölkerungsexplosion ab Mitte des 18. Jahrhunderts bis spät ins 19. Jahrhundert und eineRevolution in der Agrarwirtschaft durch eine Umstellung von der Dreifelderwirtschaft auf die produktivere Fruchtwechselwirtschaft. Gesellschaftlich relevant waren die nun erfolgte Trennung von Arbeits- und Wohnstätte und die damit erforderliche Mobilität der ArbeitnehmerInnen.
Die „Zweite Industrielle Revolution“ (ab ca. 1890) war die Epoche der flüssigen und gasförmigen Kohlenwasserstoffe und das Zeitalter der Elektrifizierung. Oftmals unterschätzt ist hier die Bedeutung der elektrischen Beleuchtung für die Möglichkeit der Bildung und Arbeit in den Nachtstunden. Ansätze zur Nutzung regenerativer Energien hatten gegen die immer bessere Verfügbarkeit von Petroleum keine Chance.
Von 1895 bis 1914 hat sich der globale Primärenergieverbrauch mehr als verdoppelt, nach einigen Wirtschaftskrisen und Weltkriegen von 1950 bis 1980 verdreifacht. In dieser Zeit wurde der Verbrennungskraftmotor entwickelt und man erfand zudem die Fließband- und Massenproduktion, die zu einer deutlichen Verbilligung der Massengüter und damit inidrekt zu einem stark steigenden Energieverbrauch führten.

Abbildung 2: „James Rasmyth's erster Dampfhammer“: Die Verwendung von Kohle für die Dampfkraft revolutionierte die industrielle Produktion Quelle: Müller-Baden Emanuel (Hrsg): Bibliothek des allgemeinen und praktischen Wissens. DritterBand, DeutschesVerlagshaus Bong&Co, Berlin, 1912 deutlichen Verbilligung der Massengüter und damit indirekt zu einem stark steigenden Energieverbrauch führten.

Die dritte industrielle Revolution

Die letzten Jahrzehnte des zweiten Jahrtausends waren besonders durch die Globalisierung der Warenströme und den Durchbruch der Informationstechnologien (Mikroelektronische Revolution) gekennzeichnet. Ersteres war nur durch niedrige Energiepreise möglich, die weite Transportwege erlaubten ohne die Waren merkbar zu verteuern.
„Wir können nicht zulassen, dass unsere Industrie Europa verlässt. Unsere Zahlen sprechen eine deutliche Sprache: Europas Industrie bringt Wachstum und schafft Arbeitsplätze“, sagte Antonio Tajani, Kommissar für Unternehmen und Industrie und Vizepräsident der Europäischen Kommission, bei der Vorstellung der EU-Industriestrategie im Oktober 2012 in Brüssel. Eine neue industrielle Revolution soll die Industrie und Arbeitsplätze in produzierenden Betrieben nach Europa zurückbringen. Bis 2020 sollen nach den Plänen der EU 20% des Bruttosozialprodukts in der Unionvon der Industrie erwirtschaftet werden –derzeit liegt dieser Wert bei 16,5 %. Der amerikanische Ökonom Jeremy Rifkin berät die Europäische Kommission und hat gerade das Buch „Die Dritte Industrielle Revolution“[2] veröffentlicht. Retten können uns seiner Meinung nach u. a. der Umstieg auf Erneuerbare Energien und die Flexibilisierung von Energiebezug und Einspeisung.

Lösungen für die Industrie

Um zu den oben genannten Erfordernissen beizutragen, starteteim Mai 2010 dieForschungsgruppe „Industrielle Prozesse und Energiesysteme – IPE“ bei AEE INTEC mit dem Auftrag, Lösungen mit und für produzierende Betriebe zur Senkung des thermischen Energieverbrauchs und des Ausstoßes von klimarelevanten Treibhausgasen zu entwickeln.
Der Schwerpunkt der Arbeiten liegt dabei auf der Entwicklung und Optimierung von Verfahren und Produktionssystemen mit möglichst effizienter Nutzung des Betriebsmittels Energie. Dies geschieht einerseits auf technologischer Ebene (Einsatz von neuen Technologien), als auch auf Produktionssystemebene (systematische Optimierung) und unter dem möglichst vollständigen Einsatz von Erneuerbarer Energie.
Die Forschungsgruppe IPE sieht sich als Ansprechpartner zur Realisierung von innovativen und visionären Umsetzungskonzepten für national und international agierende Produktionsbetriebe und als Anbieter von Methoden und Werkzeugen, um diese Konzepte zu erarbeiten. Dabei wird ein ganzheitlicher Ansatz verfolgt, da die energetische Versorgung von Industrieprozessen auf Basis erneuerbarer Energieformen in Zukunft nicht nur von einer Energieversorgungstechnologie alleine bereitgestellt werden wird. Für die Sicherstellung einer Produktion mit keinem oder geringem fossilen CO2-Ausstoß wird in Zukunft ein Mix aus erneuerbaren Energiequellen entscheidend sein. Um erneuerbarer Energieformen in das Energiesystem von Betrieben optimal integrieren zu können, ist eine exergetische Betrachtung aller Prozesse, d. h. die Berücksichtigung der Prozesstemperaturen notwendig. Erst durch einen intelligenten Energiemix aus verschiedenen erneuerbaren Energieformen und deren exergetisch optimalen Einsatz wird es gelingen, entscheidende Schritte in Richtung eines emissionsfreien Betriebs umzusetzen.
In den drei Jahren seit Bestehen der Forschungsgruppe wurden im Rahmen von nationalen und internationalen Projekten Methoden und Werkzeuge entwickelt und Konzepte zur Umsetzung gebracht. Die EINSTEIN-Methode, die in Form eines Computerprogramms Energiemanager und Berater bei der Durchführung von Energieaudits in Industriebetrieben unterstützt, wurde in über 100 europäischen Betrieben eingesetzt und weiterentwickelt. Dies führte dazu, dass die Methode maßgeblich auf die Erstellung der zukünftigen Norm für Energieaudits Einfluss genommen hat. Ein weiterführendes Softwareprogramm, das eine detailliertere Berechnung von Wärmetauschernetzwerken und Speicherdimensionierung ermöglicht, wurde vor kurzem in einer ersten Beta-Version fertiggestellt.
Ein weiterer Schwerpunkt waren die Durchführung von Energieaudits in der Lebensmittelindustrie und Entwicklung von Energieeinsparungskonzepten die zur weiteren Umsetzung geführt haben. So wird im Moment bei der Brauerei Murau die Bierproduktion auf Heißwasser umgestellt und dadurch die Versorgung über die Fernwärme möglich gemacht. AEE INTEC hat dabei das technologische und wirtschaftlicheUmsetzungskonzept entwickelt und unterstützt die Anlagenbaufirmen bei der Realisierung der notwendigen Maßnahmen (Abbildung 3).
Als weiteres Highlight der letzten drei Jahre ist die Errichtung einer 1.400 m² großen Solaranlage für die Versorgung der Bierherstellung in der Brauerei Göss zu nennen. Das erzeugte Heißwasser wird für den Brauprozess zur Unterstützung des Maischens und Erzeugung des Brauwassers sowie zur Vorwärmung des Kesselspeisewassers genutzt. (Siehe dazu auch den Beitrag [3] in dieser Ausgabe!)

Ausblick

Der Einsatz neuer Technologien und erneuerbarer Energie muss Hand in Hand mit dem dazugehörigen ganzheitlichen Bewusstsein entwickelt werden und in einem sozialen und ökologischen Kontext stehen. Technologische Ansätze müssen mit den neuen Gesellschaftssystemen (Wohnen, Familie / Partnerschaften, Arbeit, Freizeit, ...) verträglich sein und darauf hin ausgerichtet sein, das Wohlbefinden der Bevölkerung zu vermehren und nicht darauf hin, das Bruttosozialprodukt zu erhöhen. In diesem Spannungsfeld sieht die Forschungsgruppe Industrielle Prozesse und Energiesysteme von AEEINTEC dieHerausforderungen für zukünftige Projekte und den Beitrag zu einer nachhaltigen Entwicklung der europäischen Industrie.

Literatur:

  1. Matthias Rekow: Die Entstehung der industriellen Welt – die Geschichte einer Energiekrise? München, GRIN Verlag GmbH
  2. Rifkin J.: Die dritte industrielle Revolution: Die Zukunft der Wirtschaft nach demAtomzeitalter. Campus 2011
  3. Fink C.: 2-2013, 14–19 (Gleisdorf 2013)


Abbildung 3:
AEE INTEC entwickelte das Konzept für die Umstellung auf Heißwasser bei der Brauerei Murau

* Ao. Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. techn. Hans Schnitzer ist Vizeuniversitätsvorstand am Institut für Prozess- und Partikeltechnik der Technischen Universität Graz und Mitglied im Vorstand und im Wissenschaftlichen Beirat von AEE INTEC (Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!)
Dipl.-Ing. Christoph Brunner ist Leiter des Bereichs „Industrielle Prozesse und Energiesysteme“ von AEE INTEC (Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!)

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