Zeitschrift EE

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2010-04

Industrielle Prozesse

Abbildung 1: Industrieller Energiespeicher - Speichern von Abwärme für späteren Einsatz zur Prozesserwärmung Quelle: Brauerei Stiegl

In Europa fällt circa 30% des Gesamtenergieverbrauchs auf die Industrie, wobei dabei der Anteil für thermische Energie nach der Eurostat Statistik von 2004 bei circa 70% liegt. Die zunehmende Nachfrage aus der Industrie nach Lösungen zur Reduktion des Energieverbrauchs und des Ausstoßes von fossilen CO2 waren unter anderem der Anlass für AEE INTEC eine neue Forschungsgruppe ins Leben zu rufen.

AEE INTEC Forschungsgruppe „Industrielle Prozesse und Energiesysteme“

Von Christoph Brunner, Bettina Muster *

Im Mai 2010 startete die Forschungsgruppe „Industrielle Prozesse und Energiesysteme - IPE“ am AEE INTEC mit dem Auftrag Lösungen mit und für produzierende Betriebe zur Senkung des thermischen Energieverbrauchs und des Ausstoßes von klimarelevanten Treibhausgasen zu entwickeln.
Die Forschungsgruppe IPE sieht sich als Ansprechpartner für die Entwicklung von Methoden, Werkzeugen und Umsetzungskonzepten zur Realisierung von innovativen und visionären Projekten für national und international agierende Produktionsbetriebe. Dabei wird ein ganzheitlicher Ansatz verfolgt, da die energetische Versorgung von Industrieprozessen auf Basis erneuerbarer Energieformen in Zukunft nicht nur von einer Energieversorgungstechnologie alleine bereit gestellt 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 den Einsatz erneuerbarer Energieformen in das Energiesystem von Betrieben optimal zu vollführen, wird eine exergetische Betrachtung aller Prozesse, d.h. die Berücksichtigung der Prozesstemperaturen notwendig sein. 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.
Um das Ziel einer Produktion ohne fossile CO2 Emissionen zu erreichen werden folgende drei Geschäftsfelder von der Forschungsgruppe IPE angeboten:

  • Energieeffizienz und Wärmespeicherkonzepte für industrielle Prozesse
  • Solare Prozesswärme und Integration erneuerbarer Energieformen für Industriebetriebe
  • Prozessoptimierung und Prozessintensivierung (PI) für eine Produktion mit geringeren Material- und Energiekosten

Die Methode zur Optimierung des Energieeinsatzes umfasst eine technologische Verbesserung und eine Optimierung des definierten Systems.
Eine technologische Veränderung von einzelnen Prozessen einer Produktionskette bedeutet den Wärme- bzw. Stofftransport zu optimieren ohne die Produktqualität zu beeinflussen. Die technologische Optimierung erfolgt einerseits durch den Einsatz von so genannten „emerging technologies“ um den Primärenergiebedarf signifikant zu senken und andererseits durch eine exergetische Optimierung der Prozesse, d.h. eine Senkung der Prozesstemperatur, um den Einsatz von zum Beispiel Solarthermie für die Versorgung der Prozesse vermehrt zu ermöglichen und effizienter zu gestalten.
Mit der Entwicklung und dem Einsatz neuer effizienter Prozesstechnologien („emerging technologies“) beschäftigt sich die Prozessintensivierung (PI). Die Prozessintensivierung eines Prozesses kann durch die Minimierung der Apparategröße, durch die Maximierung der Prozesseffizienz (Verbesserung in Massen- und Wärmetransfer) und durch die Maximierung der Prozesskontrolle (u.a. Wechsel von Batch-Prozessen zu kontinuierlichen Prozessen) erzielt werden.
Die Optimierung des Systems, beispielsweise das System „Produktionsbetrieb“, mit definierten Bilanzgrenzen wird vor allem durch die Anwendung der Pinch Analyse erreicht, mit deren Hilfe der minimale externe Kühl- und Heizbedarf in dem System erhoben werden kann. In den betrachteten Produktionen der Industrie steht dem Wärmebedarf ein Angebot an Abwärme gegenüber. Bei der Wärmerückgewinnung muss darauf geachtet werden, dass die Energie auf einem möglichst hohen Temperaturniveau wieder genutzt wird. In weiterer Folge können Wärmetauscher-Netzwerke entworfen werden, welche die entsprechenden Prozessströme energetisch miteinander kombinieren – heiße Ströme erwärmen kalte Ströme und umgekehrt. Dabei wird der Wärmebedarf in Form von Lastkurven bei unterschiedlichen Temperaturen dargestellt. Aufbauend auf diesem Temperaturprofil erfolgt dann eine grobe Auslegung der möglichen erneuerbarer Energieform.
Unter den verschiedenen Möglichkeiten der Einbindung von erneuerbarer Energie für industrielle Prozesse bildet die solare Prozesswärme auf Grund des bei AEE INTEC vorhandenen Know-hows ein Schwerpunkt der Arbeiten. Dabei wird neben der Entwicklung von Konzepten und Werkzeugen zur bestmöglichen Einbindung auch mit der Solarthermie Gruppe der AEE INTEC in den Bereichen Kollektoren und Komponentenentwicklung zusammen gearbeitet.
Mit den bereits entwickelten Methoden und Computer-basierten Werkzeugen will die Forschungsgruppe vor allem in den Branchen der Lebensmittel-, Getränke- und Oberflächenbehandlungsindustrie entscheidend zur Senkung des Energieverbrauchs und des Ausstoßes von klimarelevanten Treibhausgasen beitragen.

Abbildung 2: Heißwasserkessel in der Industrie - vielfach werden Alternativen zur konventionellen Energieversorgung gesucht Quelle: Brauerei Stiegl

Abbildung 3: Wärmetauscher - vielfältige Möglichkeiten zur Wärmeintegration in industriellen Prozessen Quelle: Obersteirische Molkerei

*) DI Christoph Brunner ist Leiter der Forschungsgruppe „Industrielle Prozesse und Energiesysteme – IPE“ von AEE INTEC ( This e-mail address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it. )
DI
Bettina Muster ist Mitarbeiterin in der Forschungsgruppe „Industrielle Prozesse und Energiesysteme – IPE“ von AEE INTEC ( This e-mail address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it. ) [^]

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