Die Industrie ist für rund 30 % des weltweiten Endenergieverbrauchs verantwortlich, der überwiegend aus fossilen Brennstoffen gedeckt wird. Bisher lag der Fokus der Dekarbonisierung vor allem auf energieintensiven Sektoren wie Stahl und Zement. Auch in weniger energieintensiven Branchen – etwa Lebensmittel und Getränke, Textilien, Chemikalien, Papier und weitere verarbeitende Industrien – besteht jedoch erhebliches Potential. Diese Sektoren bieten einige der kostengünstigsten und unmittelbar umsetzbaren Möglichkeiten zur industriellen Dekarbonisierung und zur Diversifizierung der Energiequellen. Kommerziell verfügbare elektrische Technologien wie Wärmepumpen, Elektrokessel oder elektrische Widerstandsheizungen können den Großteil des Wärmebedarfs in diesen Sektoren abdecken.

Elektrifizierung und Ausbau Erneuerbarer erhöhen Energiesicherheit und Systemflexibilität

Industriebranchen mit hohem Bedarf an Niedertemperaturwärme und Dampf – darunter Lebensmittel-, Textil-, Chemie- sowie Holz- und Papierverarbeitung – machen rund 70 % des weltweiten industriellen Energieverbrauchs aus und verursachten 2023 etwa 3 Gigatonnen direkte CO₂-Emissionen, etwa die Hälfte der direkten Industrieemissionen. Eine zunehmende Elektrifizierung dieser Wärmeversorgung, kombiniert mit dem Ausbau erneuerbarer Energien, kann den Verbrauch fossiler Brennstoffe und die damit verbundenen CO₂-Emissionen deutlich reduzieren. Die Elektrifizierung der Wärmeversorgung stärkt die Energiesicherheit, da sie die Abhängigkeit von volatilen Gas- und Ölpreisen verringert. Gleichzeitig erhöht sie den Anteil erneuerbarer Energien im Energiemix und verbessert die Systemflexibilität. Insbesondere in Kombination mit Wärmespeichern ermöglicht sie eine nachfrageflexible Nutzung sowie eine bessere Integration variabler erneuerbarer Energien. Sinkende Kosten, eine breitere Technologieverfügbarkeit sowie stärkere politische Rahmenbedingungen treiben diese Entwicklung zusätzlich voran.

Technische Lösungen vorhanden, Marktbedingungen jedoch noch unzureichend

Die Verbesserung der Energieeffizienz ist ein zentraler erster Schritt zur Vorbereitung der Elektrifizierung von Niedertemperaturwärme und Dampf. In vielen Industrieanlagen können grundlegende Optimierungen – etwa die Rückgewinnung und Nutzung von Abwärme, eine bessere Wärmedämmung, optimierte Prozesssteuerung oder thermische Verbesserungen auf Anlagenebene – bereits kurzfristig zu einer deutlichen Reduzierung des Brennstoffverbrauchs bei vergleichsweise geringen Kosten führen. Neben der direkten Emissionsminderung verringern diese Maßnahmen auch den Investitionsbedarf für elektrische Heiztechnologien. Die Priorisierung von Energieeffizienz erhöht somit die Wirksamkeit nachfolgender Elektrifizierungsmaßnahmen und verbessert die Wirtschaftlichkeit der Umstellung von fossilen Brennstoffen.

Industrielle Wärmepumpen und Elektrokessel sind bereits kommerziell verfügbare Technologien zur Elektrifizierung der Wärmeversorgung, ihr Einsatz ist jedoch weiterhin begrenzt. Großindustrielle Wärmepumpen können Prozesswärme bis etwa 150 °C bereitstellen, während Elektrokessel Dampf mit Temperaturen von bis zu 350 °C und einem Druck von rund 70 bar erzeugen können. Dennoch bleibt ihre Verbreitung bislang eingeschränkt, unter anderem aufgrund ungünstiger Strom-Gas-Preisverhältnisse, langer Vorlaufzeiten für Netzanschlüsse sowie unklarer oder unzureichender politischer Rahmenbedingungen. Obwohl politische Unterstützungsmaßnahmen zunehmend an Bedeutung gewinnen, sind weiterhin stärkere und verlässlichere Signale erforderlich.

Wärmespeicherung ist die Schlüsseltechnologie, die eine kostengünstige variable Stromversorgung aus erneuerbaren Energien mit einem kontinuierlichen industriellen Wärmebedarf verbinden kann. Wärmespeichersysteme können aus einfachen und kostengünstigen Materialien wie Sand, Zement oder Ziegeln gebaut werden und Wärme bis zu 1000 °C speichern. Mit Kosten von etwa 15 bis 20 US-Dollar pro kWh sind sie deutlich günstiger als chemische Batterien und nicht auf globale Lieferketten kritischer Mineralien angewiesen. Der Markt für thermische Energiespeicher in der Industrie befindet sich noch im Aufbau, doch in mehreren Regionen entstehen bereits erste Projekte.

Mehrere Faktoren treiben die Entwicklung in allen Weltregionen voran

Die Elektrifizierung der industriellen Wärmeversorgung mit erneuerbaren Energien kann wesentlich zur Verbesserung der Energiesicherheit beitragen. In der Europäischen Union könnte der Einsatz von Wärmepumpen und Elektrokesseln den Verbrauch fossiler Brennstoffe in der Industrie um fast 3000 PJ senken und den direkten Erdgasverbrauch um etwa 35 Mrd. m³ pro Jahr reduzieren. Dies würde jedoch einen zusätzlichen Strombedarf von rund 600 TWh jährlich erfordern. Industrielle Wärmepumpen sind in mehreren EU-Mitgliedstaaten bereits wirtschaftlich konkurrenzfähig, während Elektrokessel insbesondere in Nordeuropa an Bedeutung gewinnen; Wärmespeicher können ihre Wirtschaftlichkeit und Flexibilität zusätzlich verbessern. Politische Maßnahmen zur Förderung erneuerbarer Prozesswärme nehmen zu, befinden sich jedoch noch in einem frühen Entwicklungsstadium.

Auch China treibt die Elektrifizierung der industriellen Wärmeversorgung voran. Das technische Potential zur Elektrifizierung von Niedertemperaturwärme und Dampf könnte den Verbrauch fossiler Brennstoffe um etwa 9000 PJ senken und den Erdgasbedarf um 48 Mrd. m³ reduzieren, bei einem zusätzlichen Strombedarf von rund 1700 TWh. Die direkte Nutzung von Solar- und Windenergie in Kombination mit thermischer Speicherung sowie die direkte Versorgung von Industrieanlagen mit erneuerbarer Stromerzeugung können die Kosten der Wärmeelektrifizierung deutlich reduzieren. Politisch wird dieser Wandel durch Chinas Klimaneutralitätsziele, den 14. Fünfjahresplan, sektorale Effizienzprogramme und Förderinstrumente unterstützt, auch wenn sich viele Maßnahmen weiterhin auf energieintensive Industrien konzentrieren.

In den ASEAN-Staaten könnten Industrieparks eine wichtige Rolle bei der Elektrifizierung industrieller Wärmeprozesse spielen. Zwar unterstützen regionale Strategien den Ausbau erneuerbarer Energien, Energieeffizienzmaßnahmen und die Entwicklung grüner Industriezentren, doch hohe Kapitalkosten, Netzengpässe sowie ein begrenzter Zugang zu Finanzierung erschweren die Umsetzung – insbesondere in bedeutenden Produktionsstandorten wie Indonesien, Malaysia, Thailand und Vietnam. Eine stärkere politische und finanzielle Unterstützung sowie Demonstrationsprojekte und Reformen der Strommärkte könnten die Einführung von Wärmepumpen, Elektrokesseln und Wärmespeichern erheblich beschleunigen.

Politische Prioritäten zur Beschleunigung der Entwicklung

Um die Elektrifizierung der industriellen Niedertemperaturwärme- und Dampfversorgung zu beschleunigen, empfiehlt die IEA sechs vorrangige Maßnahmen:

1. Integration in politische Strategien: Die Elektrifizierung der Wärmeversorgung sollte auf die politische Agenda gesetzt und in industrielle Roadmaps sowie in umfassendere Energieziele eingebunden werden. Ein technologieoffener Ansatz sollte beibehalten werden, um vielfältige Wege zu ermöglichen.
2. Vorausschauende Netzplanung: Elektrifizierungsprojekte sollten frühzeitig in die langfristige Netzplanung aufgenommen werden. Anschlussanträge mit nachfrageseitiger Flexibilität sollten priorisiert werden, um Kapazitätsengpässe zu vermeiden und Projektverzögerungen zu reduzieren.
3. Reform von Stromsteuern und Abgaben: Stromkosten sollten so gestaltet werden, dass gleiche Wettbewerbsbedingungen mit fossilen Brennstoffen bestehen und flexible industrielle Nachfrage belohnt wird, z.B. durch niedrigere Netztarife.
4. Finanzielle und innovative Unterstützung: Frühzeitige Förderung von Kapital- und Betriebskosten sowie die Ermöglichung innovativer Geschäftsmodelle können die Einführung elektrischer Wärmetechnologien beschleunigen.
5. Ausbau von Qualifikationen und Fachkräften: Durch Bildungs- und Ausbildungsprogramme sowie Zertifizierungssysteme sollte der wachsende Bedarf an Fachwissen im Bereich industrieller Elektrifizierung gedeckt werden.
6. Internationale Zusammenarbeit und Standards: Die internationale Zusammenarbeit bei technischen Standards sollte gestärkt werden, um die Interoperabilität von Anlagen zu verbessern, die Harmonisierung von Normen voranzutreiben und Skaleneffekte zu ermöglichen.

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IEA Report: Renewables for Industry - Electrification of low-temperature heat and steam