IEA SHC Task 49: Positionspapier Solare Prozesswärme für die Produktion und neue Anwendungen (2020)

Solarwärme für industrielle Prozesse steht erst am Beginn der Anwendung, aber das Potenzial wird als sehr hoch eingeschätzt. Der Industriesektor benötigt etwa 30 Prozent des Endenergiebedarfs der OECD-Länder. Der Großteil davon wird für Heizen und Kühlen von Gebäuden sowie Produktionsprozesse in einem Temperaturbereich bis 350 °C benötigt. Dieser Temperaturbereich kann sehr gut mit solarthermischen Technologien abgedeckt werden.

Status quo

Im Zuge von IEA SHC Task 49/SolarPaces Annex IV wurde eine Datenbank für solare Prozesswärmesysteme erstellt. Durch die Datenbank wird die Verlässlichkeit der Technologie gezeigt und weitere Firmen zur Umsetzung von solaren Prozesswärmeprojekten motiviert. Zum Zeitpunkt der Erstellung des Positionspapiers waren 635 solare Prozesswärmeanlagen weltweit im Einsatz. Einsatzbereiche sind unter anderen die Lebensmittel-, die Textil- sowie die pharmazeutische Industrie.

Entwicklung von Solarkollektoren für Prozesswärme

Ein Überblick über geeignete Kollektoren für solare Prozesswärmeanlagen ist auf der IEA SHC Task 49 Website zu finden. Neue Entwicklungen fokussieren auf Mitteltemperaturkollektoren, wobei hier noch weiterer Forschungsbedarf besteht.

Im Rahmen des Tasks wurden auch Stagnationsmaßnahmen untersucht, die in einem Report auf der Website zusammengefasst wurden. Notwendig in diesem Zusammenhang ist besonders die Verbreitung des bereits vorhandenen Wissens. Außerdem wurden Empfehlungen für erste Testverfahren für konzentrierende Systeme entwickelt.

Potenzial

Im Jahr 2014 betrug der Prozesswärmebedarf weltweit 85 EJ. Eine konservative Schätzung basierend auf einem Review verfügbarer Potenzialstudien geht von 4 Prozent dieses Bedarfs (3,4 EJ) als technischem Potenzial für solare industrielle Prozesswärme, aus. Unter der Annahme einer nutzbaren Solarstrahlung von 1200 kWh/(m²a) und einer Kollektoreffizienz von 40 Prozent ergibt dies eine mögliche Kollektorfläche von 1900 Mio. m².

Erforderliche Maßnahmen

Weitere Forschung ist im Bereich von hybriden Lösungen in Bezug auf die Integration der industriellen Wärmeversorgung in lokale Infrastrukturen (Städte, Nachbarfirmen etc.) sowie das koordinierte Zusammenspiel der Komponenten in diesen Netzwerken (z. B. solare Prozesswärme, Wärmepumpen, Biomasse und Biogas sowie Fernwärme) notwendig.

Zur Erreichung hoher solarer Deckungsgrade in großen industriellen Projekten ist Forschung im Bereich von Speichern wichtig, um hohe Speicherkapazitäten in einem ökonomisch sinnvollen Maßstab zu ermöglichen. Mitteltemperaturkollektoren sind weiterhin ein wichtiges Forschungsthema. Geringes Gewicht der Kollektoren sowie einfache Installation spielen eine große Rolle in Bezug auf ökonomische Umsetzungen.

Im Bereich neuer Prozesstechnologien wird der Fokus der Forschungsaktivitäten einerseits auf Technologien mit geringem Energiebedarf liegen (z. B. thermisch betriebene Trenntechnologien – Membrandestillation). Anderseits wird integrierte Forschung im Hinblick auf die Verbindung von Kollektoren und Prozesstechnologien maßgebend sein.

Außerdem werden ökonomische Barrieren weiterhin im Zentrum der Forschungstätigkeit stehen, um eine Marktdurchdringung des industriellen Sektors mit solaren Prozesswärmesystemen zu ermöglichen.