Prozesswärme für eine klimaneutrale Industrie - Impulspapier der Initiative IN4climate.NRW - NRW ...

Die Seite wird erstellt Thorben Rudolph
 
WEITER LESEN
Prozesswärme für eine klimaneutrale Industrie - Impulspapier der Initiative IN4climate.NRW - NRW ...
Prozesswärme für eine
                            klimaneutrale Industrie
                                Impulspapier der Initiative IN4climate.NRW

Dieses Dokument wird von folgenden Unternehmen und Institutionen unterstützt:

IN4climate.NRW – eine Initiative der NRW-Landesregierung
Hintergrund                                                                                                                                       Somit werden knapp 19 Prozent des
                                                                                                                                                                    gesamten deutschen Endenergiebe-
                                                                                                                                                                    darfes für industrielle Prozesswärme
                                                                                                                                                                                                               Prozesswärmebedarfes allein in NRW
                                                                                                                                                                                                               an (IN4climate.NRW 2021). Gleichzei-
                                                                                                                                                                                                               tig macht Prozesswärme damit rund
                                                                                                                                                                                                                                                      Aufgrund der vielfältigen und kom-
                                                                                                                                                                                                                                                      plexen Anforderungen an die Bereit-
                                                                                                                                                                                                                                                      stellung von Prozesswärme ist die
                  Mit jährlich 657 Terawattstunden ver-                                                                                                             eingesetzt.                                45 Prozent des gesamten Wärmebe-       Energiewende in diesem Kontext eine
                  ursacht der Industriesektor rund 28                                                                                                                                                          darfes des Landes NRW aus. Weitere     ganz besondere Herausforderung. Die
                  Prozent des deutschen Endenergie-                                                  (Für Prozesswärme eingesetzte)                                 Nur knapp 26 Terawattstunden – also        knapp 220 Terawattstunden pro Jahr     industrielle „Prozesswärmewende“ darf
                  bedarfes. Hiervon werden gut zwei                                                  Energieträger                                                  6 Prozent – wurden im Jahr 2020            werden in NRW für Raumwärme und        daher weder bei den allgemeinen Dis-
                  Drittel in Form von Prozesswärme be-                                                                                                              dabei aus Erneuerbaren Energien            Warmwasser (inkl. Industriegebäude     kussionen zur Energiewende noch bei
                  nötigt, was insgesamt 440 Terawatt-                                                                                                               erzeugt, etwa 8 Prozent aus Strom          und -hallen) benötigt (LANUV 2021).    Ansätzen zur Wärmewende vernach-
                  stunden entspricht (BMWi 2021a).                                                                                                                  (BMWi 2021a).                              Damit hat NRW im bundesweiten Ver-     lässigt werden.
                                                                                                                                                                                                               gleich neben einem hohen allgemei-
                                                                                                                                  72 %                              Eine besondere Bedeutung hat Pro-          nen Wärmebedarf auch einen über-       Ziel dieses Impulspapieres ist, die in-
                                                                   Anwendungsbereiche                                                                               zesswärme für das Industrieland            durchschnittlich hohen Anteil von      dustrielle Prozesswärmewende stär-
                                                                   (in der Industrie)                                                                               Nordrhein-Westfalen (NRW). Mit un-         Prozesswärme am Gesamtwärmebe-         ker in den Fokus zu rücken und mög-
                                                                                                                                                                    gefähr 180 Terawattstunden pro Jahr        darf (BMWi 2021a).                     liche konkrete Ansätze und Hebel zur
                                                         15 %                                                                                                       fallen etwa 40 Prozent des deutschen                                              Beschleunigung der Industrietrans-
                                                                                                                                                                                                                                                      formation aufzuzeigen.
                                                                                        Prozesswärme
                                                                                        Prozessw rme
                                                                                        440 TWh, 67 %

                                                                                                                                                                                                                                                      19 %
                                  Endenergiebedarf
                                  nach Sektoren                                                                                                       Strom

                                                                                                                                                                     Was ist eigentlich
                                                                                                                                                      34 TWh, 8 %
                           29 %                                Industrie

                                                                                                                                                                     Prozesswärme?
                                                             657 TWh, 28 %                                                                            Erneuerbare
                                                                                                                                                      26 TWh, 6 %

                                                                                                                                                                                                                                                                                                3 – Hintergrund
2 – Hintergrund

                                                                                                                                         9%
                                                                                                                                          %
                                                                                                                                                                                                                                                      des gesamten
                                                                                                         9%                              55 %
                                                                                                                                            %                                                                                                         deutschen
                                                                                                                                                                                          Mit dem Begriff „Prozesswärme“ ist Wärme gemeint,           Endenergiebedarfes
                                                  28 %                                                                                                                                    die für bestimmte technische Prozesse zur Her-
                                                                                                                                                                                          stellung, Weiterverarbeitung oder Veredelung von
                                                                                                                                                                                                                                                      werden für
                                                                                                   24 %
                                                                                                                                                                                          Produkten benötigt wird. Solche Prozesse sind zum           industrielle Prozess-
                                                                                                                                                                                          Beispiel das Trocknen, Schmelzen oder die Wärmebe-
                                                                                                                                                                                          handlung beispielsweise von Metallen und auch ther-         wärme eingesetzt
                                                                                                                                                                                          mochemische Prozesse. Nicht gemeint ist in diesem

                                                                                                                                                                         Info!
                                                                                                                                                                                          Zusammenhang Wärme in Form von warmem Wasser
                                                                                                                                                                                          zur Nutzung in Sanitärbereichen oder zu
                  Industrie 657 TWh                                    Prozesswärme 440 TWh                               fossile Energieträgerc 317 TWh
                                                                                                                                                                                          Heizzwecken im Gebäude.
                  Verkehr 637 TWh                                      Sonstige Wärmea 58 TWh                             Stromd 34 TWh

                  Haushalte 670 TWh                                    Elektrizitätb 159 TWh                              Erneuerbaree 26 TWh

                  Gewerbe, Handel,                                                                                        Fernwärme 42 TWh
                  Diensleistungen (GHD) 354 TWh
                                                                                                                          Sonstige 21 TWh

                  Prozesswärme machte 2020 einen Großteil des industriellen Energiebedarfes aus und wird heute noch überwie-
                  gend aus fossilen Energieträgern gedeckt (BMWi 2021a).

                  a
                      Hierunter fallen u. a. Raumwärme (z.B. Hallenbeheizung) und Warmwasser.
                  b
                      Hierunter fallen z. B. mechanische Energie (für Pumpen oder Antriebe), Beleuchtung, Informationstechnik und Kommunikation.
                  c
                      Mineralöl, Gas und Kohle
                  d
                      Strom verursacht in der Anwendung keine Emissionen. Da es sich hierbei um den Strommix aus dem Netz handelt, sind allerdings der aktuelle
                      EE-Anteil und die resultierenden CO²-Emissionen bei der Stromerzeugung zu berücksichtigen.
                  e
                      Unter Erneuerbare fallen z. B. Biomasse und Geothermie.
Klimaneutrale Prozess-                                                                                                         Die Effizienz kann erhöht werden,
                                                                                                                                                                            wenn sich Prozesswärmebedarf und
                                                                                                                                                                            Temperaturniveaus reduzieren las-
                                                                                                                                                                                                                               Anfallende Abwärmemengen können
                                                                                                                                                                                                                               sich durch Effizienzsteigerungen und
                                                                                                                                                                                                                               Prozessumstellungen verändern –
                                                                                                                                                                                                                                                                         Infrastruktur sind von zentraler Be-
                                                                                                                                                                                                                                                                         deutung. Sie sollten unbedingt Teil
                                                                                                                                                                                                                                                                         langfristiger und sinnvoller Maßnah-

                                             wärme – aber wie?
                                                                                                                                                                            sen. Die Basis dafür sind Konzepte,                z. B., wenn auf andere Energieträ-        men sein. Ein Industriestandort sollte
                                                                                                                                                                            die systematisch die Minimierung von               ger zur Bereitstellung der Prozess-       unter Einbeziehung seiner Umgebung
                                                                                                                                                                            Prozesstemperaturen (sogenannte                    wärme umgestellt wird. Hinsichtlich       hinsichtlich paralleler Pfade mit einem
                                                                                                                                                                            „LowEx-Konzepte“) und (innerbe-                    solcher     Industrietransformationen     Gesamtwirkungsgrad innerhalb der
                                             Die Anforderungen an eine Prozess-        Branche auf sehr unterschiedlichem      IN4climate.NRW die nachfolgen-               triebliche) Abwärme-Kaskadennut-                   empfiehlt IN4climate.NRW eine per-        Systemgrenze analysiert werden. Das
                                             wärmewende und die erforderlichen         Temperaturniveau anfallen und reicht    den Aspekte besonders beitragen:             zung1 untersuchen. Unternehmen bei                 spektivische Betrachtung bis 2045.        kann wichtige Erkenntnisse zur Be-
                                             Maßnahmen im Hinblick auf Prozess-        beispielhaft von ca. 160 °C (in der                                                  der Erstellung und Umsetzung solcher               Dadurch sollen robuste Pfade iden-        wertung liefern. Wahrscheinlich gibt
                                             umstellungen sind komplex. Aus Sicht      Papierherstellung) bis über 1.450 °C
                                                                                       (in der Eisen- und Stahl-, Glas- oder
                                                                                                                               1. „Efficiency First“                        Konzepte zu fördern und zu unterstüt-              tifiziert werden. Außerdem können         es häufig nicht pauschal die optimale
                                             von IN4climate.NRW wird ihnen noch                                                                                             zen, kann einen wichtigen Beitrag zur              dadurch Potenziale erkannt werden,        Lösung. Stattdessen muss für jeden
                                             nicht ausreichend Aufmerksamkeit          Zementindustrie), zum Teil mit erfor-   Wärme einzusparen leistet den besten         Steigerung von Effizienz leisten.                  die sich durch langfristig anfallende     Standort die individuell beste Lösung
                                             geschenkt. Zwar ist die erforderliche     derlichen Verbrennungstemperaturen      Beitrag zum Klimaschutz. Das liegt                                                              unvermeidbare Abwärme ergeben In-         gefunden werden (siehe Fallbeispiel).
                                             Wärmewende in Deutschland ein dis-        von bis zu 3.000 °C (IN4climate.NRW     auf der Hand. Ziel soll es daher neben                                                          vestitionen zum Auf- und Umbau von

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                   5 – Klimaneutrale Prozesswärme – aber wie?
4 – Klimaneutrale Prozesswärme – aber wie?

                                             kutiertes Thema der aktuellen politi-     2021).                                  der Vermeidung von Wärmeverlusten
                                             schen Agenda, jedoch bislang meist                                                sein, Technologien mit hohem Wir-
                                             mit Fokus auf den Gebäudesektor.          In Industrieprozes-                     kungsgrad für industrielle Prozesse                                          Ein Industrieunternehmen erzeugt heute über erdgasbefeuerte Öfen seine Hochtem-
                                             Beispielsweise hat das Bundesminis-                                               anwenden zu können und gleichzei-                                            peratur-Prozesswärme. Es stellt außerdem Abwärme aus dem anfallenden Verbren-
                                             terium für Wirtschaft und Klimaschutz     sen sind teilweise                      tig dort anfallende niederkalorische                                         nungsabgasstrom über einen entsprechenden Anschluss als Fernwärme (FW) für den
                                             vergangenes Jahr den Dialog „Klima-
                                             neutrale Wärmewende“ mit zentralen
                                                                                       Verbrennungstem-                        (Ab-)Wärme wieder für den Einsatz
                                                                                                                               in Industrieprozessen nutzbar zu ma-
                                                                                                                                                                                                            nahegelegenen Ort bereit (externe Abwärmenutzung). Für die Umstellung des Indust-
                                                                                                                                                                                                            rieprozesses auf klimaneutrale Prozesswärme-Erzeugungstechnologien bieten sich zwei
                                             Akteur:innen geführt. Die industrielle    peraturen von bis zu                    chen (d. h. Anheben des Temperatur-                                          technisch mögliche Optionen an:

                                                                                                                                                                               Power-to-Heat (PtH) versus
                                             Prozesswärme ist im zugehörigen Er-                                               niveaus). Hierfür eignen sich Hoch-

                                                                                       3.000 °C
                                             gebnispapier (BMWi 2021b) aber ver-                                               temperatur-Wärmepumpen             (siehe
                                                                                                                                                                                                            A) Umstellung der Prozesswärme-                     B) Substitution des Erdgases durch

                                                                                                                                                                               grüner Wasserstoff (H2)
                                             gleichsweise ein Randthema. Sie wird                                              Infobox). Hinsichtlich ihres industriellen
                                             vor allem mit Blick auf die Nutzung un-                                           Einsatzes besteht jedoch noch Ent-                                           erzeugung mittels Power-to-Heat                     grünen Wasserstoff
                                                                                                                                                                                                            (z. B. elektrisch betriebene Induk-
                                             vermeidbarer industrieller Abwärme
                                             in Fernwärmenetzen diskutiert. Die
                                                                                       erforderlich                            wicklungsbedarf. Die großtechnische
                                                                                                                               Anwendung und – teilweise komplexe                                           tionsöfen)
                                             Industrie als „Wärmelieferant“ steht                                              – Integration in bestehende Industrie-
                                             dabei im Mittelpunkt. Kaum adres-         Für den dringend notwendigen            standorte sollte durch die gezielte
                                             siert wird hingegen, wie der eigene in-   Wandel zu einer klimaneutralen          Förderung von Pilotanlagen und -kon-                                         Zu berücksichtigen: PtH hat im Ver-              Zu berücksichtigen: Die Umwandlungs-
                                             dustrielle Prozesswärmebedarf erzeugt     Prozesswärmeerzeugung in NRW            zepten in NRW forciert werden.                                               gleich zu einem Verbrennungsprozess in           verluste zur Herstellung von Wasserstoff
                                             und gedeckt wird. Dieser kann je nach     können nach Einschätzung von                                                                                         der Regel einen höheren Wirkungsgrad.            führen zu einem gesteigerten Energiebe-
                                                                                                                                                                                                            Das würde sich positiv auf die Effizienz         darf im Vergleich zu PtH. Dieser Mehrbe-
                                                                                                                                                                                                            des internen Prozesses auswirken.                darf ist lokal wie auch global relevant, z. B.
                                                                                                                                                                                                            Die Folge: Es würde kein Abgasstrom              wenn Wasserstoff importiert wird.
                                                                                                                                                                                                            mehr entstehen. Dadurch würde deutlich           Die Folge: Da weiterhin ein Feuerungs-
                                              Hochtemperatur-

                                                                                                                                                                                                            weniger oder keine direkt daraus nutzba-         prozess mit Verbrennungsabgas be-
                                              Wärmepumpen?

                                                                                                                                                                                                            re Abwärme anfallen. Die FW-Versorgung           stünde, könnte aber voraussichtlich die
                                                                                                                                                                                                            des Ortes müsste demnach über andere             Abwärmeeinspeisung ins FW-Netz auch
                                                                                                                                                                                                            Technologien (mit Energiebedarf) ge-             zukünftig erfolgen. So würden indirekt
                                              Was können

                                                                                                                                                                                                            deckt werden. Dazu wäre der Aufbau               Treibhausgasemissionen eingespart, da
                                                                   Industrielle Hochtemperatur-Wärmepumpen können bspw. zur Erzeugung von Prozessdampf                                                      einer neuen Infrastruktur (z. B. zur Er-         keine Alternativen zur Bereitstellung der
                                                                   mit Temperaturen von bis zu 160 °C eingesetzt werden. Die Kombination mit nachgeschalte-                                                 schließung anderer niederkalorischer             FW notwendig würden. Darüber hinaus
                                                                   ten mechanischen Brüdenverdichtern kann höhere Temperatur- und Druckniveaus ermögli-                                                     Wärmequellen oder für Wärmepumpen)               bietet die Weiternutzung der bereits auf-
                                                                   chen. Wärmepumpen benötigen je nach Anwendungsbereich bis zu viermal weniger Strom als                                                   notwendig, während die bestehende In-            gebauten Infrastruktur wirtschaftliche
                                                                   z. B. Elektrodenkessel und haben damit deutliche Effizienzvorteile (Agora Energiewende und                                               frastruktur (z. B. Wärmetauscher, Lei-           Vorteile.

                                                                                                                                                                                     Fallbeispiel
                                                                   Wuppertal Institut 2020, IN4climate.NRW 2021). Hochtemperatur-Wärmepumpen befinden                                                       tungsanbindung an das FW-Netz) unge-
                                                                   sich derzeit auf einem Technology Readiness Level (TRL) 7, d. h. Prototypen sind im Einsatz.                                             nutzt verbliebe.
                                                                   Nach Einschätzung von Agora Energiewende und Wuppertal Institut können sie bei optima-
                                                                   ler Entwicklung frühestens ab 2025 zum großtechnischen Einsatz kommen. Mit einem „In-
                                                                   novationspaket elektrische Industriewärme und Effizienz“, wie aktuell von Agora Energiewen-
                                                                   de vorgeschlagen, ließe sich diese Dauer optimalerweise verkürzen (Burmeister et al. 2022).                                              Fazit: Im Regelfall stellt A) die langfristig effizientere und daher vorzuziehende Option
                                                   Info!

                                                                                                                                                                                                            dar. Eine Systemumstellung nach B) oder auch eine hybride Lösung (PtH und H2) könnte
                                                                   Damit durch Wärmepumpen der direkte und indirekte Ausstoß von Treibhausgasen                                                             jedoch in Einzelfällen (z. B. bei schwer elektrifizierbaren Hoch- und Höchsttemperatur-
                                                                   auch wirklich reduziert wird, muss der Anteil an erneuerbarem Strom im Netz deutlich                                                     anwendungen) gesamtsystemisch vorteilhafter sein.
                                                                   steigen (vgl. Abschnitt 3).
2. Erneuerbare                                        Über solarthermische Kollektoren                       Erstellung erster Tiefbohrungen           beschleunigt werden. Darüber hinaus                    men, um die Kohlenstoffintensität in                 Ist eine Dekarbonisierung nicht mög-
                                                                                                   lassen sich Temperaturen bis etwa 250 °C           zum Fündigkeitsnachweis je Region             müssen wettbewerbsfähige Preise                        der Industrie zu verringern (MWIDE                   lich, muss defossilisiert werden
                                             Wärmequellen –                                        erzeugen (IN4climate.NRW 2021, Uni-                mit vielversprechenden tiefengeother-         für grünen Strom in Deutschland ge-                    2021).                                               (MWIDE 2021). Deshalb wird neben
                                             natürlich und                                         versität Kassel o. J.). Konzentrierende
                                                                                                   Solarthermie (CST)4 könnte nach Ein-
                                                                                                                                                      mischen Potenzialen, um privatwirt-
                                                                                                                                                      schaftliche Folgeinvestitionen herbei-
                                                                                                                                                                                                    schaffen werden. Nur so kann eine
                                                                                                                                                                                                    großflächige Elektrifizierung von Pro-                 Ein großer Teil der in NRW ansässigen
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                Wasserstoff zum Beispiel Biomasse
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                als wertvoller Rohstoff und speicher-
                                             regional                                              schätzung des Deutschen Industrie-
                                                                                                   verbandes für Concentrated Solar-
                                                                                                                                                      zuführen                                      zesswärme erreicht werden.                             Industrie wird daher zukünftig zumin-
                                                                                                                                                                                                                                                           dest teilweise auf wertvollen Wasser-
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                barer Energieträger eine wichtige
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                Rolle zur Deckung des industriellen
                                             Anders als bei gebäudebezogener                       power (DSCP) sowie verschiedener                       Ausschreibung / Wettbewerb für            Neben der reinen technischen Elektri-                  stoff (H2) zur energetischen Nutzung                 Prozesswärmebedarfes spielen. Da-
                                             (Niedertemperatur-)Wärme sind die                     deutscher Forschungsinstitute theo-                (konzentrierende) Solarthermie in             fizierbarkeit der Wärmeerzeugung sind                  angewiesen sein.7 Um eine Perspek-                   bei ist es wesentlich, dass Biomasse8
                                             Einsatzbereiche erneuerbarer Wär-                     retisch auch in unseren Breitengraden              Industrieanwendungen vor allem in             außerdem Technologien erforderlich,                    tive und Planungssicherheit zu ver-                  als limitierte Ressource erkannt wird,
                                             mequellen zur Bereitstellung von                      für Anwendungen bis zu 400 °C infra-               Verbindung mit (Hochtemperatur-)              die eine ausreichende Versorgungs-                     mitteln, muss sichergestellt werden,                 die unbedingt gezielt und so effizient
                                             (Hochtemperatur-)Prozesswärme                         ge kommen (DCSP 2021, Krüger et al.                Wärmespeichertechnologien als Pi-             sicherheit und Wettbewerbsfähig-                       dass nachhaltiger Wasserstoff zu                     wie möglich eingesetzt werden muss.
                                             begrenzt. Grund dafür sind die oft                    2021). Ein Vorteil: Der Prozesswärme-              lotanlagen                                    keit ermöglichen. Nur so entstehen                     wirtschaftlich     wettbewerbsfähigen                Eine Priorisierung des Biomasseein-
                                             hohen Temperaturanforderungen für                     bedarf fällt meist ganzjährig an, auch                                                           realistische Betriebsmodelle. Dabei                    Preisen in NRW verfügbar ist. Hierzu                 satzes heißt: (Niedertemperatur-)
                                             Prozesswärme. Dennoch lassen sich                     in den Sommermonaten. Der Ertrag
                                                                                                                                                      3. Grundvorausset-                            bietet die Sektorkopplung des Strom-                   erforderlich sind:                                   Anwendungen müssen zugunsten
6 – Klimaneutrale Prozesswärme – aber wie?

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                     7 – Klimaneutrale Prozesswärme – aber wie?
                                             zum Beispiel Heißwasser- und Pro-                     ist allerdings durch die tatsächlichen                                                           netzes mit der Industrie gerade in                                                                          des stofflichen Einsatzes und von
                                             zessdampfbedarfe auf diese Weise                      Sonnenstunden begrenzt. Deswegen                   zung: Erneuerbarer                            NRW eine gute Möglichkeit zur Netz-                       der Aufbau von H2 Erzeugungska-                   Hochtemperaturanwendungen            in
                                             bereitstellen. Durch die Nutzung loka-                sollte CST möglichst mit einem Wär-                                                              stabilisierung. Die Entwicklung von                    pazitäten in NRW – vorrangig mit pa-                 der Industrie umgestellt werden. Be-
                                             ler erneuerbarer Wärmequellen kann                    mespeicher kombiniert werden. So                   Strom                                         flexiblen5 und hybriden (elektrischen                  rallelem Aufbau von EE-Strom-Erzeu-                  rücksichtigt werden sollte dabei auch,
                                             außerdem die Abhängigkeit von Ener-                   wird der solare Deckungsgrad erhöht.                                                             und brennstoffbasierten) Systemen6                     gungskapazitäten – durch förderliche                 dass jede energetische Nutzung von
                                             gieimporten reduziert werden.                                                                            Der Begriff „Elektrifizierung“ ist in         wird für den Elektrifizierungshochlauf                 Rahmenbedingungen,                                   Biomasse zur Entstehung von Kohlen-
                                                                                                   Industrielle Wärmebedarfe, die über                aller Munde. Das zukünftige Energie-          erforderlich sein. Flexible und hybride                                                                     stoffdioxid (CO2) führt. Dieses CO2 ist
                                             Über Tiefengeothermie ließen sich                     Erneuerbare gedeckt werden könnten,                system wird wie nie zuvor auf die aus-        Systeme können bei starken Energie-                         der schrittweise Aufbau eine                    zwar bilanziell neutral, jedoch ange-
                                             nach aktueller Einschätzung von Bra-                  sollten tatsächlich auf diese Weise ge-            reichende Verfügbarkeit von erneu-            preisschwankungen, wie in der aktuel-                  Transport- und Speicherinfrastruk-                   sichts begrenzter CO2-Budgets den-
                                             cke und Huenges (2022) potenziell bis                 deckt und so die Potenziale erneuer-               erbar erzeugtem Strom angewiesen              len kriegsbedingten Energiekrise, zur                  tur für Strom und H2 durch ein koordi-               noch klimarelevant. Der Bioökono-
                                             zu einem Viertel des industriellen Wär-               barer Wärmequellen umfassend er-                   sein. Gebraucht wird er unter anderem         Versorgungssicherheit beitragen.                       niertes Vorgehen und die Zusammen-                   mierat schlägt hierzu eine Bewertung
                                             mebedarfes bis etwa 200 °C decken.2                   schlossen werden.                                  im Verkehrssektor, für Wärmepumpen                                                                   arbeit mit internationalen Partnern,                 gemessen an der Zeit vor, die nötig ist,
                                             Im Gegensatz zu fluktuierenden Er-
                                             neuerbaren Energien bietet Geother-                   Konkrete Anreize hierfür könnten sein:
                                                                                                                                                      zur Beheizung von Gebäuden und für
                                                                                                                                                      die Erzeugung von Prozesswärme. Die
                                                                                                                                                                                                    4. Speicherbare                                           die Sicherung von Importkapazi-
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                um das freigesetzte CO2, z. B. durch
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                Pflanzenwachstum, wieder neu zu
                                             mie den Vorteil, grundlastfähig Wärme                                                                    Umstellung von derzeit auf fossilen           alternative Energie-                                   täten für ökologisch und sozial nach-                binden (Bioökonomierat 2022).
                                             bereitzustellen. Das ist vor allem in der                Flächendeckende Erkundung der                   Energieträgern basierenden Verfahren                                                                 haltig erzeugten Wasserstoff durch
                                             industriellen Anwendung relevant.3                    natürlichen tiefengeothermischen                   zur Prozesswärmeerzeugung auf elek-           träger – Champagner                                    europäische oder internationale Ab-                  Empfehlenswert ist aus Sicht von
                                                                                                   Potenziale in NRW durch den
                                                                                                   Geologischen Dienst NRW
                                                                                                                                                      trifizierte Systeme (PtH), wird zu ei-
                                                                                                                                                      nem zusätzlichen Strombedarf führen
                                                                                                                                                                                                    und Kaviar der                                         kommen des Landes NRW,                               IN4climate.NRW der stoffliche und
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                energetische Einsatz von Biomasse in
                                                                                                                                                      (Agora Energiewende und Wuppertal             Energiewende?                                             eine sektorübergreifende und in-                  Form einer Kaskadennutzung, bspw.
                                                                                                                                                      Institut 2020). Weil das Bundesland                                                                  tegrierte Netzplanung von Gasnet-                    in der chemischen Industrie, in der
                                                                   Konzentrierende Solarthermie                                                       Nordrhein-Westfalen außerdem stark
                                                                                                                                                      industriell geprägt ist, wird vor allem
                                                                                                                                                                                                    Grundsätzlich gilt, dass Prozesse, die
                                                                                                                                                                                                    dekarbonisierbar sind, auch dekarbo-
                                                                                                                                                                                                                                                           zen (u. a. Erdgas, Wasserstoff) sowie
                                                                                                                                                                                                                                                           Strom- und Wärmenetzen.
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                Metallherstellung und -verarbeitung
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                oder auch in Kalk- und Zementwerken.
                                                  Praxisbeispiel

                                                                   in Europa                                                                          die Beschleunigung des lokalen Aus-           nisiert werden sollten. Das heißt, sie                                                                      Durch CO2-Abscheidung können dort
                                                                                                                                                      baus der Stromerzeugung aus Er-               sollten ohne den Einsatz von kohlen-                                                                        zusätzlich negative Treibhausgas-
                                                                                                                                                      neuerbaren Energien (EE) in NRW               stoffhaltigen Energieträgern auskom-                                                                        Emissionen (BECCS) erzielt werden.
                                                                   Im Jahr 2019 wurde in Antwerpen eine staatlich geförder-                           essenziell sein, um NRW als Indust-
                                                                   te CST-Pilotanlage zur Erzeugung von Prozesswärme in                               riestandort zu sichern. Um außerdem
                                                                   Betrieb genommen (Santamarta 2019). Die Anlage wird                                den erneuerbaren Strom aufnehmen                                   Wie kann es jetzt weitergehen?
                                                                   bei Betriebstemperaturen von ca. 250 °C zur Erzeugung                              und transportieren zu können, ist eine
                                                                   von Prozessdampf in einem Chemiebetrieb genutzt. Nach                              leistungsfähige Netzinfrastruktur nö-
                                                                   aktuellen Erkenntnissen bestätigen die Betriebsdaten die                           tig. Der Netzausbau sollte, z. B. durch                            Die klimaneutrale Erzeugung von Prozesswärme ist für das Industrieland Nordrhein-Westfalen

                                                                                                                                                                                                          Ausblick
                                                                   wissenschaftlichen Berechnungen (Krüger et al. i.E.).                              optimierte Genehmigungsverfahren,                                  von ganz besonderer Bedeutung und stellt damit gleichzeitig eine besondere Herausforderung
                                                                                                                                                                                                                         dar, die zeitnah strategisch und gesamtsystemisch angegangen werden sollte. Ganzheitliche
                                                                                                                                                                                                                         überregionale Wärmestrategien können hierbei wichtige Impulse setzen und Hilfestellung
                                                                                                                                                                                                                         sein. Solche Strategien sollten einerseits das Zusammenspiel der verschiedenen Sektoren
                                             1
                                                 Eine etablierte Methode zur systematischen Nutzung von Abwärme und effizienten Wärmeintegration ist die sogenannte                                                      berücksichtigen. Andererseits ist es wichtig, dass sie eine optimierte Deckung aller Wärme-
                                                 „Pinch-Analyse“ (Brunner und Krummenacher 2017).                                                                                                                        bedarfe – sowohl für Gebäude als auch für die Industrie – miteinbeziehen.
                                             2
                                                 Industriezweige mit Prozesswärme- und Prozessdampfbedarf bis zu einer Temperatur von 200 °C sind Textil- und Papierherstellung, die
                                                 Holzverarbeitung und Bauindustrie, die chemische, metallverarbeitende und sonstige niedertemperaturintensive Industrien, ebenso die (Unterglas-)
                                                 Landwirtschaft sowie die Herstellung und Verarbeitung von Nahrungsmitteln und Getränken (Bracke und Huenges 2022).                                 5
                                                                                                                                                                                                        Beispielanwendungen für solch flexible elektrische Systeme sind u. a. das Projekt „Virtuelle Batterie“ zur flexiblen Aluminiumelektrolyse bei TRIMET oder,
                                             3
                                                 Ein Beispiel für die industrielle Anwendung von Tiefengeothermie in NRW zeigt das Projekt Kabel ZERO, wo geothermale Wärme zur Papierherstellung       in Kombination mit Hochtemperatur-Wärmespeichern, das „Green Heat Module“ von Kraftanlagen.
                                                 eingesetzt werden soll.                                                                                                                            6
                                                                                                                                                                                                        Dieser Ansatz wird z. B. im Projekt „TransTES-Chem“ verfolgt.
                                             4
                                                 Für CST-Anwendungen in der Industrie wird auch der englische Begriff „Solar Heat for Industrial Processes“ (SHIP) verwendet.                       7
                                                                                                                                                                                                        Neben reinem Wasserstoff könnten auch kohlenstofffreie Energieträger, wie z. B. Ammoniak, zur energetischen Nutzung infrage kommen.
                                                                                                                                                                                                    8
                                                                                                                                                                                                        Mit Biomasse ist hier neben fester Biomasse ebenso Biogas und Biomethan gemeint.
Quellen                                                                                                                   IN4climate.NRW lebt von der Diskussion und den verschiedenen Standpunkten der beteiligten Unternehmen und Organi-
                                                                                                                                                      sationen. IN4climate.NRW versteht sich nicht als Verband, der die Interessen seiner Mitglieder aktiv in der Politik vertritt. Die
                            Agora Energiewende; Wuppertal Institut 2020: Klimaneutrale Industrie - Schlüsseltechnologien und Politikoptionen für      Initiative stellt eine Plattform zum Meinungsaustausch und Diskurs dar. In diesem Umfeld entstehen Papiere und Ausarbeitun-
                            Stahl, Chemie und Zement. Berlin.                                                                                         gen, die von einzelnen Mitgliedern erarbeitet, diskutiert und ausformuliert werden. Andere Mitglieder können sich in einem
                                                                                                                                                      strukturierten Prozess den Ergebnissen oder Diskussionsbeiträgen explizit anschließen und das Dokument mittragen. Alle
                            Bioökonomierat 2022: Bioökonomie: Gemeinsam eine nachhaltige Zukunft gestalten - 1. Arbeitspapier des III. Bioöko-        IN4climate.NRW-Mitglieder, die sich zu einer Unterzeichnung explizit entschlossen haben, werden transparent aufgeführt.
                            nomierats.                                                                                                                Dies erlaubt aber keine Aussage zur Positionierung anderer nicht aufgeführter IN4climate.NRW-Mitglieder.
                                                                                                                                                      Die Geschäftsstelle von IN4climate.NRW stellt Transparenz und Beteiligungsmöglichkeiten sicher.
                            BMWi 2021a: Gesamtausgabe der Energiedaten - Datensammlung des BMWi. In: Bundesministerium für Wirtschaft und
                            Klimaschutz. URL: https://www.bmwi.de/Redaktion/DE/Binaer/Energiedaten/energiedaten-gesamt-xls.html.

                            BMWi 2021b: Dialog Klimaneutrale Wärme 2045. Berlin: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie.

                            Bracke, Rolf; Huenges, Ernst 2022: Roadmap Tiefe Geothermie für Deutschland - Handlungsempfehlungen für Politik,
                            Wirtschaft und Wissenschaft für eine erfolgreiche Wärmewende - Strategiepapier von sechs Einrichtungen der Fraunho-
                            fer- Gesellschaft und der Helmholtz-Gemeinschaft.

                            Brunner, Florian; Krummenacher, Pierre 2017: Einführung in die Prozessintegration mit der Pinch-Methode -
                            Handbuch für die Analyse von kontinuierlichen Prozessen und Batch-Prozessen. Zweite Auflage.

                            Burmeister, Helen et al. 2022: Energiesicherheit und Klimaschutz vereinen – Maßnahmen für den Weg aus der fossilen

                                                                                                                                                                                                                                                                                          9 – Quellen und Nachweise
8 – Quellen und Nachweise

                            Energiekrise. Berlin: Agora Energiewende.

                            DCSP 2021: Solare Energie rund um die Uhr. Berlin: Deutscher Industrieverband Concentrated Solar Power.

                            IN4climate.NRW 2021: Industriewärme klimaneutral: Strategien und Voraussetzungen für die Transformation -
                             Ein Diskussionspapier der Arbeitsgruppe Wärme. Gelsenkirchen.

                            Krüger, Dirk et al. 2021: Chancen für den Einsatz konzentrierender Kollektoren in Mitteleuropa. Veröffentlicht beim 31.
                            Symposium Solarthermie und innovative Wärmesysteme 27. - 30. April 2021. Pforzheim: Conexio.

                            Krüger, Dirk et al. i. E.: Status in Solar Heat from Concentrating Solar Systems. Das Papier wurde auf der SolarPACES
                            Konferenz 2021 vorgestellt und zur Veröffentlichung eingereicht.

                            LANUV, Landesamt für Natur, Umwelt und Verbraucherschutz Nordrhein-Westfalen 2021: Potenzialstudie Kraft-Wärme-
                            Kopplung - LANUV-Fachbericht 116. Recklinghausen.

                            MWIDE 2021: Kohlenstoff kann Klimaschutz - Carbon Management Strategie Nordrhein-Westfalen. Düsseldorf: Ministe-          Bibliografische Angaben                     Impressum:                                  Bildnachweis:
                            rium für Wirtschaft, Innovation, Digitalisierung und Energie des Landes Nordrhein-Westfalen.                                                                          NRW.Energy4Climate GmbH                     Titel: istock, Strekalova
                                                                                                                                                      Herausgeber:                                Kaistraße 5
                            Santamarta, Jose 2019: Port of Antwerp installs Europe’s first industrial concentrated solar power. In: HELIOSCSP.        IN4climate.NRW                              40221 Düsseldorf                            Gestaltung:
                            URL: https://helioscsp.com/port-of-antwerp-installs-europes-first-industrial-concentrated-solar-power/.                   (NRW.Energy4Climate GmbH)                   0211 822 086-555                            www.tippingpoints.de
                                                                                                                                                                                                  kontakt@energy4climate.nrw
                            Universität Kassel o. J.: Solare Prozesswärme - CO2-freie Wärme für Industrie und Gewerbe.                                Veröffentlicht:                             www.energy4climate.nrw
                                                                                                                                                      Mai 2022                                    © NRW.Energy4Climate / B22001
                            Zum Datum der Veröffentlichung dieser Publikation waren alle Links aktuell.
                                                                                                                                                      Kontakt & Koordination:                     Stand:
                                                                                                                                                      Tania Begemann,                             05/2022
                                                                                                                                                      (IN4climate.NRW),
                                                                                                                                                      Projektmanagerin Industrie &
                                                                                                                                                      Produktion,
                                                                                                                                                      Industriewaerme@energy4climate.nrw

                                                                                                                                                      Bitte zitieren als:
                                                                                                                                                      IN4climate.NRW (Hrsg.) 2022: Pro-
                                                                                                                                                      zesswärme für eine klimaneutrale
                                                                                                                                                      Industrie. Impulspapier der Initiative
                                                                                                                                                      IN4climate.NRW. Düsseldorf.
Sie können auch lesen