IEA IETS Annex 15: Industrielle Abwärmenutzung (Phase 2)

Fortschritt in energierelevanten Technologien ist von großer Bedeutung zur Erreichung kollektiver Ziele der Energiesicherheit, Umweltschutz und ökonomisch und sozialer Entwicklungen. Eine Beteiligung im IEA-IETS erlaubte es österreichischen Stakeholdern auf internationalem Niveau Kooperationen zu knüpfen und F&E Leistungen im Bereich industrieller energie-relevanter Technologien und Systeme anzubieten. Zudem wurde ein Zugang zu wertvollem Know-how geschaffen sowie eine erhöhte Sichtbarkeit im internationalen Umfeld erreicht.

In den eingebrachten nationalen Projekten wurden verschiedene Methoden zur Quantifizierung von Abwärmemengen (Fragebögen an Unternehmen, Methoden zur Prozessintegration von industriellen Energiesystemen und Nutzung des vorhandenen Wissens über reale Anlagen oder "Modell"-Anlagen zur Identifizierung von Überschusswärme) eingesetzt. Fragebögen scheinen jedoch am relevantesten zu sein und liefern zuverlässigere Ergebnisse in Industrien mit einer geringen Komplexität im Energiesystem, wie etwa mit einfachen Wärmetauschernetzwerken und einigen großen Wärmequellen. Andererseits liefern Prozessintegrationsmethoden in komplexeren Branchen mit großen Wärmetauschernetzwerken und mehreren Wärmequellen wahrscheinlich in den meisten Fällen relevantere und zuverlässigere Ergebnisse. Prozessintegrationsmethoden sind jedoch zeitaufwendiger und damit teurer. Die Kombination von z.B. Modellanlagenwissen und Fragebögen kann eine Möglichkeit sein, die Zuverlässigkeit von Fragebogenstudien in mittelkomplexen Branchen kostengünstiger zu verbessern.

Was die politischen Instrumente betrifft, so ist die Vielfalt der politischen Instrumente und deren Gestaltung enorm. Aufgrund der Vielzahl von Parametern und Variationen ist es mehr oder weniger unmöglich, eine Bewertung aller Typen allgemeiner durchzuführen. Es ist jedoch klar, dass politische Instrumente im Zusammenhang mit den THG-Emissionskosten in vielen Fällen für die Nutzung von überschüssiger Wärme in Situationen, in denen die Alternativen mehr Treibhausgase emittieren, von Vorteil sein sollten. Aufgrund der Notwendigkeit einer radikalen Dekarbonisierung der Gesellschaft werden sich die politischen Instrumente höchstwahrscheinlich in naher Zukunft sukzessive ändern. Da die Nutzung von Überschusswärme in den meisten Fällen sehr geringe Treibhausgasemissionen aufweist, wird dieser Bereich sehr wahrscheinlich von einer solchen Entwicklung profitieren.

Einige allgemeine Schlussfolgerungen aus dem internationalen Annex-Projekt sind:

• Alle teilnehmenden Länder scheinen Überschusswärmenutzung als einen ihrer priorisierten Energieeffizienz-Bereiche zu haben. Diese Erkenntnis basiert auf den vielen Großprojekten, die von allen Gruppen gemeldet wurden.
• Obwohl die Nutzung von überschüssiger Wärme in allen teilnehmenden Ländern verbreitet ist, gibt es in diesem Bereich noch großes Potenzial für Energieeinsparungen. Dazu gibt es offensichtlich auch großes wirtschaftliches Potenzial. Dies wird an den vielen durchgeführten Umfragen deutlich, in denen vielversprechende Möglichkeiten identifiziert wurden.
• Jedoch gibt es bei der Umsetzung von Abwärmeprojekten Hürden, weswegen viele Projekte nicht realisiert werden:
  - Fehlende ordnungsgemäße Inventur, d.h. die tatsächlichen Mengen und Temperaturniveaus der überschüssigen Wärme wurden nicht ermittelt.
  - Unsicherheit über Integration, Steuerung und Zusammenspiel mit anderen Teilen des Energiesystems
  - Unterschiedliche Anforderungen an die Rentabilität der Investitionen zwischen Anbieter und Nutzer
  - Unökonomisches Projekt mit den heutigen politischen Instrumenten (aber in vielen Fällen vielversprechend mit möglichen zukünftigen politischen Instrumenten)
  - Zu hohes Risiko aufgrund von Unsicherheiten über die zukünftigen Rahmenbedingungen

Das Thema industrielle Abwärmenutzung ist zentral und von wesentlicher Bedeutung für den Umstieg in ein erneuerbares Energiesystem. Damit ist die industrielle Abwärmenutzung auf jeden Fall zukunftsrelevant. Im Zuge von Annex 15 Task 2 konnte dieses Thema jedoch noch nicht erschöpfend bearbeitet werden. Es wird daher aktuell auf internationaler Ebene die Weiterführung der Aktivitäten im Rahmen eines Task 3 vorbereitet.

Beiträge in "Computers & Chemical Engineering, Vol. 112" (2018)

• A Novel Approach for Linearization of a MINLP Stage-Wise Superstructure Formulation (2018)
• How to tighten a commonly used MINLP superstructure formulation for simultaneous heat exchanger network synthesis (2018)

Beiträge in "Computer Aided Chemical Engineering, Vol. 43" (2018)

• Increasing Energy Efficiency in Pulp and Paper Production by Employing a New Type of Latent Heat Storage (2018)
• Extensions for Multi-Period MINLP Superstructure Formulation for Integration of Thermal Energy Storages in Industrial Processes (2018)

Weitere Publikationen

• Artikel in der Zeitschrift „nachhaltige technologien" Ausgabe 2019-2: Industrielle Abwärmenutzung essentiell zur Erreichung der Energie- und Klimaziele
• Artikel in der Zeitschrift "nachhaltige technologien" Ausgabe 2017-3: Industrielle Abwärmenutzung
• Report - IEA Expert Workshop "The Role of Process Integration for Greenhouse Gas Mitigation in Industry" (2017)
• IEA-IETS Industrial Excess Heat Recover, Annex 15, Phase 1, Endbericht

Dänemark, Deutschland, Norwegen, Österreich, Portugal, Schweden, Kanada, Italien, Frankreich

AIT Austrian Institute of Technology GmbH
Univ. Prof. Dipl.-Ing. Dr. techn. Rene Hofmann (Projektleitung)
Dipl.-Ing. Anton Beck
Giefinggasse 2, 1210 Wien

AEE - Institut für Nachhaltige Technologien
DI Christoph Brunner
DI Jürgen Fluch
Feldgasse 19, 8200 Gleisdorf

TU Wien, Institut für Energietechnik und Thermodynamik
Univ. Prof. Dipl.-Ing. Dr. techn. Markus HAIDER
Getreidemarkt 9, 1060 Wien