Wärmerückgewinnung unterstützt Wettbewerbs- und Nachhaltigkeitsziele im verarbeitenden Gewerbe

Pro Jahr verbraucht die deutsche Industrie rund 440 Mrd. kWh Energie zur Erzeugung von Prozesswärme. Zum Großteil aus Gas (45 %) und Kohle (23 %) gewonnen, schafft sie elementare Grundlagen für industrielle und gewerbliche Prozesse zur Veränderung von Stoffen und Werkstücken. Vom mittelständischen Bäckereibetrieb bis zum industriellen Hochofen: Rund zwei Drittel des industriellen Energieverbrauchs fließen in die Erzeugung von Wärme. Auch wenn moderne Produktionsverfahren und Anlagen vor allen Dingen mit Augenmerk auf ihre Effizienz in Bezug auf den Wärme- und damit den Energieverbrauch entwickelt werden, erweist sich der Einsatz von Prozesswärme weiterhin als deutlich ineffizient. Ursächlich hierfür sind nicht zuletzt die grundlegenden physikalischen Eigenschaften von Wärme. Große Teile der eingesetzten Wärme werden ungenutzt an die Umgebung abgegeben. Diese Ab- oder Verlustwärme wird meist gezielt abgeleitet und zum großen Teil über Abgase, Dampf oder heiße Prozesslust abgeführt. Bildlich gesprochen: Ein großer Teil der Energie, die für die Erzeugung von Prozesswärme verbraucht wird, rauscht ungenutzt durch den Schornstein. Ein Umstand, den sich die Industrie, vor dem Hintergrund ehrgeiziger Nachhaltigkeitsziele und steigender Energiekosten, kaum mehr leisten kann.

Effizienzsteigerung bei der Prozesswärme erreicht ihre Grenzen

Die beschriebenen Effekte lassen sich grundsätzlich vor allen Dingen durch zwei Methoden optimieren: eine Verbesserung der Wärmeausbeute aus den eingesetzten Energieträgern sowie eine Reduzierung des Wärmebedarfs der Verfahren. Beiden Methoden sind wiederum chemische und physikalische Grenzen gesetzt. Einfach ausgedrückt: Den Brennwert bestimmen die chemischen Eigenschaften des Energieträgers und den Wärmebedarf die chemischen oder physikalischen Merkmale des zu verarbeitende Materials. Dort wo möglich, kann zusätzlich der Wärmeverlust an sensiblen Stellen reduziert werden, zum Beispiel zwischen Wärmeerzeugung und eigentlichem Verarbeitungsprozess, etwa durch Isolierung zuführender Leitungen. Alle Maßnahmen haben jedoch eines gemeinsam: Sie sind mit hohem Aufwand und Investitionen verbunden und kommen für Betreiber älterer Anlagen nur sehr begrenzt überhaupt in Frage.

Wärmerückgewinnung als nachhaltige und günstige Alternative

Eine weitere Möglichkeit, die Effizienz des Einsatzes von Prozesswärme zu verbessern, ohne in den eigentlichen Prozess einzugreifen, bietet die Wärmerückgewinnung. Ansonsten gesteuert aber ungenutzt abgeleitete Wärme wird bei der Wärmerückgewinnung für Prozesse nutzbar gemacht. Die Wiedernutzbarmachung thermischer Energie erfolgt in verschiedenen Verfahren der Wärmerückgewinnung durch den Einsatz unterschiedlicher Wärmeüberträger/Wärmetauscher. Diese übertragen die abgeleitete Prozesswärme aus Prozessluft, Abgasen oder Dampf auf einen weiteren Stoffstrom, zum Beispiel Wasser, und führen sie so Prozessen erneut zu. Eine Nutzung industrieller Abwärme ist für unterschiedliche Zwecke möglich. Grundsätzlich kann man hierbei zwischen drei Arten der Nutzung unterscheiden: Bei der anlagen- bzw. prozessinternen Nutzung wird die Wärme dem Prozess bzw. der Anlage, der sie entstammt, erneut zugeführt. Wird die rückgewonnene Wärme für andere Anlagen und Prozesse im selben Betrieb genutzt, spricht man von betriebsinterner Nutzung. Schließlich kann, im Rahmen einer externen Nutzung, Abwärme zum Beispiel in ein Fernwärmenetz eingespeist werden.

Das Potenzial der industriellen Abwärmenutzung ist schwer zu beziffern und wissenschaftlich bisher nicht umfassend erforscht. Dennoch zeigen bereits einzelne nationale Untersuchungen, dass die Methode geeignet ist, den Gesamtenergieverbrauch deutlich zu senken. So berechnete bereits eine deutsche Studie in 1995¹ das verwertbare Potenzial an Abwärme auf rund 45 % der eingesetzten Energie. Darüber hinaus zeichnet sich die Wärmerückgewinnung dadurch aus, dass sie grundsätzlich unabhängig von der Art und dem Alter einer Anlage realisierbar und im Vergleich zur Erneuerung weniger effizienter Anlagen deutlich schneller und günstiger umsetzbar ist.

Exodraft realisiert individuelle Lösungen zur Abgaswärmerückgewinnung

Seit mehr als sechs Jahrzehnten entwickelt Exodraft Lösungen im Bereich mechanischer Abgassysteme sowie zur Wärmerückgewinnung aus Dampf, Rauchgas und Prozesswärme. Mit einer stetig wachsenden, innovativen Produktpallette und Kunden in mehr als 40 Ländern ist Exodraft in diesen Bereichen heute führender Anbieter.

Exodraft Wärmerückgewinnungssysteme wandeln überschüssige Wärme aus Abgasen, Dampf und Prozessluft in heißes Wasser um. Abhängig vom Wirkungsgrad steht die so zurückgewonnene Energie verschiedenen Anwendungen zur Verfügung. Von der Warmwasserversorgung für Reinigungszwecke über die Verwendung in Absorptionskältemaschinen oder die Beheizung von Produktions- und angeschlossenen Büroeinrichtungen bis hin zum Verkauf an die örtlichen Fernwärmebetreiber bietet die Wärmerückgewinnung mit Anlagen von Exodraft die Möglichkeit, in einem Schritt Geld zu sparen und CO₂-Emissionen zu reduzieren. Dabei setzt Exodraft auf unkomplizierte Systeme, die sich vor allen Dingen durch eine einfache Installation, langfristige Zuverlässigkeit und geringen Wartungsaufwand auszeichnen. Damit gewährleistet Exodraft eine Inbetriebnahme und den unterbrechungsfreien Betrieb ohne Beeinträchtigung der Betriebszeiten in der Produktion. Im Ergebnis ermöglichen Wärmerückgewinnungsanlagen von Exodraft eine variable Nutzung der Abgase bis zu 100 %. Die ansonsten ungenutzt entweichenden Energie kann je nach Abgastemperatur zwischen 10 – 30 % zurückgewonnen werden und sorgt damit für eine massive Senkung des Energieverbrauchs, sowie parallel eine entsprechende Senkung der CO₂-Emissionen.

Ausschlaggebend für die Effizienz der Wärmerückgewinnung aus über Schornsteine abgeleitete Abgase, Dampf oder Prozessluft ist ein konstanter Schornsteinzug. Exodraft kombiniert Wärmerückgewinnungsanlagen deshalb mit Rauchsaugsystemen. Während beim natürlichen Schornsteinzug äußere Faktoren wie Luftdruck, Außentemperatur oder Wind den Auftrieb und damit sowohl die Leistung angeschlossener Kessel als auch der Wärmerückgewinnung negativ beeinflussen, gelingt es mit einem Exodraft Ventilator einen konstant optimalen Zug zu erzeugen. Hiermit werden ebenfalls Begleiteffekte der Wärmerückgewinnung ausgeglichen, die ihrerseits durch das Absinken der Abgastemperatur den natürlichen Schornsteinzug beeinflussen.

Wärmerückgewinnungssysteme von Exodraft bieten vielfältige Installationsmöglichkeiten, angepasst an unterschiedliche Produktionsszenarien und bauliche Voraussetzungen. Hochtemperatur-Wärmerückgewinnungsanlagen der Exodraft Basic-Serie können über Bypass-Systeme im unmittelbaren Umfeld einer Anlage, zum Beispiel eines Ofens, installiert werden und eignen sich modellabhängig für Abgastemperaturen von bis zu 600 °C. Mit den kompakten und unkompliziert installierbaren Dachboxen 250 und 500 wird die Wärmerückgewinnung gewissermaßen ausgelagert. Auf dem Dach einer Produktionseinrichtung, unmittelbar am Schornstein installiert, eignet sich die Dachbox für Abgastemperaturen zwischen 150 und 250 °C (bis 400°C mit einem Kanaleinbauventilator CFIR).

Quellen:

¹ Schaefer, H. (1995): Energiewirtschaftliche Bedeutung der Nutzung von Abfallenergie. In: Fratzscher, W.; Stephan, K. (Hrsg.): Abfallenergienutzung. Technische, wirtschaftliche und soziale Aspekte. Interdisziplinäre Arbeitsgruppe Optionen zukünftiger industrieller Produktionssysteme. Berlin: Akademie, S. 42–60.