Bei der Herstellung entsteht eine Menge Abwärme: thermische Energie, die ohne praktischen Nutzen an die Umwelt abgegeben wird. Die jüngsten technologischen Fortschritte haben jedoch das Auffangen und die Wiederverwendung von Abwärme – zum Beispiel für die Erzeugung von Wärme und elektrischer Energie – praktikabler gemacht. Wenn Sie in einer Branche arbeiten, in der thermische Prozesse zu den Hauptaktivitäten gehören, haben Sie wahrscheinlich schon von Abwärmerückgewinnung gehört. Viele Unternehmen nutzen jedoch noch immer nicht ihr volles Potenzial, insbesondere wenn es um die Rückgewinnung von Wärme geringer Qualität geht. In diesem Artikel zeigen wir Ihnen, wie Sie mit Wärmerückgewinnung Energie sparen, die Treibhausgasemissionen senken und die Betriebskosten reduzieren können.
Was ist industrielle Abwärme?
Abwärme ist Wärme aus industriellen Prozessen, die ohne praktischen Nutzen an die Umwelt abgegeben wird. Je nach Branche kann diese Wärme durch warmes Wasser, Dampf, Verbrennungsprodukte oder in anderer Form abgeführt werden. Man schätzt, dass zwischen 20 und 50% des industriellen Energieeinsatzes als Abwärme verloren gehen.
In den Niederlanden zum Beispiel sind die Industrien, die die größte Menge an Abwärme erzeugen, die folgenden:
- Chemie und Petrochemie
- Eisen und Stahl
- Lebensmittel und Textilien
- Bauwesen
- Nicht-metallische Mineralien
Warum Sie Abwärmenutzung in Betracht ziehen sollten
Die Rückgewinnung von Abwärme ist in der Industrie weit verbreitet – und das aus gutem Grund. Die Idee hinter der Abwärmerückgewinnung ist es, die in einem Teil Ihrer Anlage erzeugte Wärme aufzufangen und in anderen Anwendungen wiederzuverwenden. Es ist eine der einfachsten und kostengünstigsten Möglichkeiten, die Gesamteffizienz Ihrer industriellen Prozesse zu steigern. Dies bringt einige große Vorteile mit sich:
Sie sparen Energie und senken die Treibhausgasemissionen
Energiesparen und die Reduzierung von Treibhausgasemissionen werden immer wichtiger. Zunächst einmal ist es eine bekannte Tatsache, dass die Ressourcen unserer Welt begrenzt sind und dass wir uns in einer Klimakrise befinden. Daher sollte die effiziente Nutzung von Ressourcen für jedes Unternehmen eine Priorität sein. Und sei es nur, um öffentliche Reaktionen zu vermeiden. Es kann Ihnen auch helfen, talentierte Mitarbeiter zu gewinnen, denn die jüngeren Generationen machen sich zunehmend Gedanken über ihren Einfluss auf die Welt. Regionale Vorschriften, die Sie möglicherweise einhalten müssen, sind ein weiterer guter Grund, Energieeinsparungen und die Senkung von Emissionen zu einer Priorität zu machen.
Sie reduzieren die Betriebskosten
Durch die Rückgewinnung von Abwärme können Sie die Gesamteffizienz Ihrer industriellen Prozesse verbessern. Sie können mit der gleichen Menge an Ressourcen mehr Output erzeugen. In einigen Fällen können durch die zurückgewonnene Wärme andere Wärmequellen vollständig ersetzt werden. Auch eine zusätzliche Abwärmebehandlungsanlage kann dadurch überflüssig werden. Und schließlich können Sie sich durch die Rückgewinnung von Abwärme für staatliche Anreize und Subventionen qualifizieren. All diese Vorteile zusammengenommen können sich erheblich auf Ihr Endergebnis auswirken.
Wie Abwärme klassifiziert wird
Abwärmemedien werden in der Regel anhand der Temperatur klassifiziert
Die große Mehrheit der Abwärmeträger wird als Abwärme niedriger Qualität (Low-Grade Waste Heat, LGWH) eingestuft. Es ist häufig das Nebenprodukt von Prozessen in der chemischen, petrochemischen, Lebensmittel- und Textilindustrie. Verglichen mit Abwärme höherer Temperaturen ist die Rückgewinnung von Wärme niedriger Qualität weitaus schwieriger, da die Wärmeübertragung durch Temperaturunterschiede zwischen der Quelle und dem Empfänger bestimmt wird. Dank der kontinuierlichen Entwicklung moderner Wärmerückgewinnungstechniken könnte sich diese Situation jedoch bald ändern.
Die wichtigsten Quellen für minderwertige Abwärme
Die Identifizierung von Abwärmequellen ist ein entscheidender Schritt auf dem Weg zu einer erfolgreichen Wärmerückgewinnung. In der folgenden Liste finden Sie einige Quellen für minderwertige Abwärme, die in verschiedenen Industrien vorkommen. Wenn dies bei Ihren industriellen Aktivitäten der Fall ist, könnte es sich lohnen, die Möglichkeiten der Rückgewinnung von Abwärme geringer Qualität weiter zu untersuchen.
Flüssiges Medium
- Abwässer aus Wärmetauschern (≈ 60°C)
- Kondenswasser aus Trocknungsmaschinen (80-90 °C)
- Heißes Altöl aus Kochprozessen (100 – 175 °C)
- Abwässer aus Reinigungsprozessen (≈ 60°C)
Gasförmiges Medium
- Abdampf vom Kochen mit Fritteusen oder Öfen (150 – 200 °C)
- Abluft aus der Trocknung mit Sprüh-/Drehrohrtrocknern (110 – 160 °C)
- Heiße Luft, die während der Zementproduktion aus den Klinkerkühlern austritt (100°C)
Wie Abwärme zurückgewonnen werden kann
Die Auswahl eines geeigneten Abwärmenutzungskonzepts hängt hauptsächlich von zwei Aspekten ab: den Abwärmequellen und den potenziellen Nutzern. Die Wärme der heißen, feuchten Luft, die eine industrielle Trocknungsmaschine verlässt, kann mit Hilfe eines Wärmetauschers direkt zurückgewonnen werden. Anschließend kann die zurückgewonnene Wärme in eine Absorptionskältemaschine geleitet werden, um das Produkt nach dem Verlassen des Trockners abzukühlen.
Wenn es um die Temperatur geht, können Sie davon ausgehen, dass Abwärmeträger:
- mit einer hoher Temperatur direkt verwendbar oder austauschbar ist
- mit einer mittlerer Temperatur benötigen möglicherweise ein Wärme-Upgrade
- mit einer niedriger Temperatur benötigt immer ein Wärme-Upgrade
Nicht jede Wärme kann wiederverwendet werden. Hochwertige Abwärme liefert bei ihrer Wiederverwendung in der Regel mehr Energie als minderwertige Abwärme. Aber neue technologische Fortschritte machen eine geringwertige Wärmerückgewinnung zunehmend möglich.
Wie man minderwertige Abwärme zurückgewinnt
Die Möglichkeiten zur Rückgewinnung von Abwärme sind noch recht neu, aber in letzter Zeit sind einige sehr vielversprechende Technologien auf den Markt gekommen. Einige Beispiele:
Wärmeaufbereitung oder -speicherung durch Adsorptionstechniken
Adsorption bezeichnet die Anhaftung von Molekülen (typischerweise in gasförmigem/flüssigem Zustand) an der Oberfläche eines Adsorbers. Dieser Prozess findet zum Beispiel bei der Adsorption von Wassermolekülen an Kieselgelkügelchen statt, die häufig zur Feuchtigkeitskontrolle in Produktverpackungen verwendet werden. Der Adsorptionsprozess ist im Allgemeinen exotherm, was bedeutet, dass Wärme an die Umgebung abgegeben wird, wenn die Dampfmoleküle die Adsorberoberfläche sättigen. Das Gegenteil ist der Fall, denn der Adsorber kann in seinen ursprünglichen Zustand zurückversetzt werden (regenerieren), wenn er erhitzt wird.
Anwendungsfälle
- Gleichzeitige Entfeuchtung und Wärmeverbesserung können z.B. in einem Trocknungsprozess genutzt werden
- Trockener Adsorber kann als Wärmespeicher verwendet werden
Arbeitsmaterialien
- Wasser (Dampf) oder Ammoniak + Adsorber (z.B. Zeolithe, Silikagel, Aktivkohle)
- Neue Adsorbermaterialien befinden sich noch in der Entwicklung
Vorteile
- Einfache Einrichtung mit einer minimalen Anzahl beweglicher Teile
- Das Adsorberbett kann für die langfristige Energiespeicherung angepasst werden
- Bei Anwendung in einem geschlossenen System erfordert das Adsorberbett ein Minimum an Wartung
- Geringerer Energieverlust aufgrund von Irreversibilität, da der Adsorber nicht zirkulieren muss
- Hohes Skalierbarkeitspotenzial
Wärmeerhöhung durch Absorptionstechniken
Die Absorption ist ein Prozess, bei dem Moleküle einer Verbindung im Volumen einer anderen gelöst werden, was zu einer Änderung der Konzentration führt. Bei bestimmten Absorber-Absorber-Paaren erzeugt das Absorptionsphänomen auch Wärme, die für thermische Prozesse genutzt werden kann. In letzter Zeit wird das Absorptionsverfahren auch in Wärmepumpen eingesetzt, wo es den traditionellen mechanischen Kompressor ersetzt.
Anwendungsfälle
- Die Absorptionswärmepumpe kann zur Rückgewinnung von Abwärme mit geringem zusätzlichem Energieverbrauch eingesetzt werden
- Mit einem Absorptionswärmetransformator kann eine große Temperatursteigerung erreicht werden
Arbeitsmaterialien
- Wasser + lösliche Verbindung (z.B. LiBr oder Phosphatsalz)
- Paare auf Kohlenwasserstoffbasis befinden sich noch in der aktiven Entwicklung
Vorteile
- Einfache Einrichtung mit einer minimalen Anzahl beweglicher Teile
- Das System kann kontinuierlich betrieben werden
- Der Energieaufwand für die Lösungsmittelpumpe ist im Vergleich zu einem klassischen Dampfkompressionssystem unbedeutend
- Mit einem geeigneten Absorber-Kältemittel-Paar kann der Temperaturanstieg am Absorber erheblich sein
- Hohes Skalierbarkeitspotenzial
Wärmeumwandlung (Organic Rankine Cycle)
Der Rankine-Zyklus ist ein thermodynamischer Prozess zur Erzeugung von mechanischer oder elektrischer Energie. Dieser Zyklus wurde angepasst, um organische Verbindungen als Kühlmittel zu verwenden. Dies ermöglicht den Betrieb bei niedrigeren Temperaturen und damit die Nutzung von Abwärme.
Anwendungsfälle
- Ein Organic Rankine Cycle (ORC)-Generator kann zur Erzeugung von Strom aus minderwertiger Abwärme verwendet werden
- Die von einem ORC-Generator erzeugte Wellenleistung kann genutzt werden, um den Betrieb des Kompressors einer anderen Wärmepumpe zur Wärmeaufbereitung zu unterstützen.
Arbeitsmaterialien
Organische Verbindung, z.B. Butan, Heptan, etc.
Vorteile
- Kompatibel mit minderwertiger Abwärme, da der ORC im Allgemeinen keine Überhitzung benötigt
- Organische Verbindungen kondensieren nicht in der Turbine/Expander
- Niedrige Turbineneintrittstemperatur, was sich positiv auf die Langlebigkeit auswirkt
- ORC-Generatoren sind relativ einfach kompakt zu bauen
Die beste Lösung für Ihre Situation
Die Antworten auf die folgenden Fragen werden Ihnen helfen, das beste Abwärmenutzungssystem für Ihre Situation auszuwählen:
Mit welcher Art von Hitze haben Sie es zu tun?
Diese Variablen wirken sich darauf aus, wie Sie Ihr Abwärmerückgewinnungssystem bauen:
- Die Temperatur der Abwärme
- Die Menge der Abwärme
- Wann und wo die Abwärme verfügbar ist
Manchmal kann die Kombination dieser Variablen bedeuten, dass Sie Ihre Abwärme nicht zurückgewinnen können, aber oft gibt es ein großes Potenzial.
Wie werden Sie die zurückgewonnene Abwärme nutzen?
Bevor Sie sich für die für Sie beste Lösung entscheiden, müssen Sie sich überlegen, wie Sie die zurückgewonnene Abwärme nutzen wollen. Wohin muss die Wärme gehen?
Woher weiß ich, ob es die Investition wert ist?
Alles, was wir Ihnen in diesem Artikel gesagt haben, mag sich großartig anhören, aber eine Frage haben Sie wahrscheinlich noch im Kopf:
Ist dies die Investition wert?
Das ist eine wichtige Frage, die wir Ihnen in diesem Artikel aber leider nicht beantworten können. Die Amortisationszeit hängt von vielen Faktoren ab, wie z.B.:
- Die Lebenszykluskosten des Wärmerückgewinnungssystems
- Die Lebensdauer des Wärmerückgewinnungssystems
- Die Effizienz des Wärmerückgewinnungssystems
- Die potenziellen Einsparungen beim Energieverbrauch und bei der benötigten Ausrüstung
- Die staatlichen Anreize und Subventionen, für die Sie sich qualifizieren würden
Jede Situation ist anders und wir würden uns gerne Ihre Situation ansehen. Mithilfe von Messungen und Modellen können wir die Energiebilanz Ihrer industriellen Prozesse bestimmen und die (positiven) Auswirkungen der Energierückgewinnung vorhersagen. Wir sorgen dafür, dass Sie eine klare Vorstellung von der potenziellen Rendite haben, bevor Sie in eine Abwärmerückgewinnungslösung investieren.
Wie wir helfen können
1. Standortbestimmung
Wir verwenden Messungen und unsere einzigartige lufttechnische Modellierungssoftware (die wir selbst entwickelt haben), um uns ein klares Bild von Ihrer aktuellen Situation zu machen. Auf diese Weise wissen Sie genau, wo Sie Verbesserungen vornehmen können.
2. Möglichkeiten identifizieren & Auswirkungen vorhersagen
Anhand der Ergebnisse der Standortuntersuchung ermitteln wir die Energiebilanz Ihrer industriellen Prozesse und prognostizieren die (positiven) Auswirkungen der Energierückgewinnung. Wie können Sie die zurückgewonnene Energie nutzen? Und wie wird sich das auf Ihren Gewinn auswirken?
3. Integration einer maßgeschneiderten Abwärmerückgewinnungslösung
Wir kümmern uns um alles: das Design, den Bau und die Implementierung der Lösung.
Finden Sie heraus, wie viel Energie und Geld Sie mit Abwärmerückgewinnung sparen können
Ist Abwärme ein wichtiges Thema für Ihren Betrieb? Setzen Sie sich mit uns in Verbindung und wir helfen Ihnen, herauszufinden, wie genau Ihr Unternehmen von der Abwärmenutzung profitieren kann.
