Der neue Geschäftsbereich Wärme und Energie setzt auf clevere Energie-Recyclingkonzepte. Die Themen ‘Abwärme nutzen’, CO2-Reduktion und Autarkie stehen dabei im Mittelpunkt des Geschehens.
Inhaltsangabe zum Artikel:
Abwärme ist häufig Wärme, die in Industrie-Prozessen entsteht und nicht weiter genutzt wird. Ein klassisches Beispiel aus der Industrie sind Abgase z.B. Rauchgas, die über einen Kamin in die Umgebung geleitet werden.
Diese Abgase haben i.d.R. eine hohe Temperatur, oft jenseits der 100° C -Marke, die man für weitere Prozesse in der Industrie nutzen kann. Abwärme ist also häufig ein Nebenprodukt aus einem Industrie-Prozess und in vielen Fällen eine ungenutzte Ressource.
Abwärme kann darüber hinaus in vielen Industrie-Prozessen entstehen und kann ebenso vielfältig genutzt werden. In diesem Artikel wollen wir einen Überblick über die vielfältigen Möglichkeiten zur Nutzung von Abwärme in der Industrie geben.
Die Antwort liegt auf der Hand: Energie ist einer der Hauptkostentreiber in Industrieprozessen. Darüber hinaus ist Abwärme ein Baustein zur Verbesserung der CO2-Bilanz in Unternehmen. Was viele nicht wissen, ist, dass die Armortisationszeit von Konzepten zur Abwärmenutzung oft überraschend kurz ist, was durch tendenziell steigende Energiekosten und zahlreiche Fördermaßnahmen noch begünstig wird.
Um ein Konzept zur Abwärmenutzung zu erstellen, gibt es zwei wesentliche Faktoren.
Abwärme ist nicht gleich Abwärme. Die Höhe der Temperatur spielt eine wesentliche Rolle für die Art der weiteren Nutzbarkeit der kostbaren Energiequelle. Es macht einen Unterschied, ob die nicht genutzte Wärme bei 80 °C oder höher zur Verfügung steht oder ob ein niedrigeres Temperaturniveau, z.B. um die 50 °C, vorliegt.
Die gute Nachricht ist, dass es bereits ab ca. 30 °C kosten- und CO2-effiziente Konzepte zur Abwärmenutzung gibt. So kann Abwärme auf einem niedrigeren Temperaturniveau z.B. auf ein höheres Temperaturniveau gebracht und als Prozesswärme wieder eingesetzt werden.
In der untenstehenden Tabelle geben wir einige Beispiele, bei welcher Temperatur die Abwärme zu welchem Anwendungszweck genutzt werden kann.
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Abwärmenutzung ab 60 °C bis ca. 90 °C |
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Abwärmenutzung ab 30 °C - 80 °C |
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Abwärmenutzung 80 °C |
Wie Sie sehen, kann Abwärme in der Industrie ganz unterschiedlich genutzt werden. Um zu beurteilen, welche Art der Nutzung sich in einem Industrieunternehmen anbietet und besonders effizient umzusetzen ist, sollte zusätzlich noch ein Blick auf die bestehende Infrastruktur geworfen werden: Muss die durch Abwärme gewonnene Energie zunächst gespeichert werden oder kann sie evtl. unmittelbar für laufende Prozesse genutzt bzw. eingespeist werden? Die Beantwortung dieser Frage wirkt sich unmittelbar auf die Investitionskosten aus und kann nur durch eine Analyse der örtlichen Gegebenheiten erfolgen.
Besonders in Biogasanlagen wird die entstehende Abgas-Wärme von BHKWs in vielen Fällen nicht genutzt. Hier besteht ein sehr großes Potential, ohne zusätzliche CO2 Belastung, Energie in Biogasanlagen nutzbar zu machen.
Vor allem zur Nachverstromung der Abwärme gibt es zahlreiche Konzepte, die keine großen Anforderungen an die vorhandene Infrastruktur stellen und so mit relativ wenig Aufwand zu realisieren sind.
Aber auch zur Kälteerzeugung und für Heizsysteme kann die Abwärme aus Biogasanlagen, in ggfs. vorhandener Infrastruktur, direkt genutzt werden. Die Umsetzung eines Abwärme-Konzepts in Biogasanlagen erfolgt also individuell und unter Berücksichtigung der örtlichen Gegebenheiten.
Über Kamine werden häufig Rauchgase hinter einer entsprechenden Abgasreinigung (Nachverbrennungsanlage) oder hinter Industrieöfen z.B: in der Stahl,- Zement- oder Glasindustrie etc. in die Umwelt abgeblasen. Diese Rauchgase enthalten in der Regel nennenswerte Abwärmemenge bei Temperaturen z.B. um die 200°C und somit eine Riesenpotential zur Verstromung mithilfe von ORC-Anlagen.
Der typische Aufbau enthält einen Wärmeüberträger innerhalb des Abgasstroms im Inneren des Kamins. Bei diesem wird die Wärme des Rauchgases auf einen Wasserkreislauf übertragen. Das heiße Wasser kann weiter zur Verstromung z.B. in ein Atlas Copco ORC-Modul zugeführt werden. Auf diese Art und Weise lässt sich Abwärme in den unterschiedlichsten Industrie-Bereichen verstromen.
Mit einem ORC können Industrieunternehmen Abwärme in Strom umwandeln. Hinter dem Begriff „ORC“ verbirgt sich ein kleines Minikraftwerk mit einem internen Kältemittelkreislauf. Das eingesetzte Kältemittel kann mit Hilfe der Abwärme bereits ab 80°C verdampft werden und somit zum Antrieb einer Expansionsmaschine sowie zur Erzeugung elektrischen Stroms mit einem Generator verwendet werden.
In den Atlas Copco ORC-Modulen wird ein drehzahlvariabler Schraubenexpander als Expansionsmaschine verwendet.
Der Vorteil der drehzahlvariablen Schraubenmaschine ist der hohe Wirkungsgrad bei schwanken Lastzuständen bzw. Abwärmemengen.
Thermische Energie wird in ein spezielles Medium verdampft. Mit dieser Energie werden dann zur Stromerzeugung Turbinen oder Generatoren angetrieben.
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