nt 03 | 2025 Industriell-urbane Symbiosen
Hubs-for-Circularity-Pioniere: Industriell-urbane Symbiosen für ein nachhaltiges Europa
Devrim Murat Yazan, Kerstin Pfleger-Schopf, Josephin Paetzold
Der Übergang zu einer Kreislaufwirtschaft erfordert eine grundlegende Transformation der Art und Weise, wie Industrien, Städte und Gemeinden miteinander interagieren. In diesem Kontext erweist sich industrielle Symbiose als zentrale Strategie, bei der Industrien Ressourcen, Energie, Wasser und Materialien teilen bzw. austauschen, um Emissionen zu reduzieren, Abfälle zu minimieren und für alle Beteiligten einen Mehrwert zu schaffen.
„Hubs for Circularity“ (H4C) repräsentieren integrierte kreislauforientierte Wirtschafts-Systeme, in denen industrielle, städtische und ländliche Akteure gemeinsam eine nachhaltige regionale Entwicklung anstreben. Durch die Verbindung von Industriegebieten mit angrenzenden Gemeinden, ländlichen/städtischen Räumen und gesellschaftlichen Akteuren ermöglichen H4Cs eine systemische Symbiose – nicht nur zwischen Unternehmen, sondern auch über Sektoren hinweg. Dieser integrierte Ansatz ist entscheidend für regionale Dekarbonisierung, Ressourceneffizienz, Resilienz sowie für die Souveränität in Bezug auf Ressourcen und Energie. Diese H4C dienen als Referenzmodelle für eine nachhaltige Transformation in ganz Europa.
Forschungsbedarf
Die erfolgreiche Umsetzung von H4Cs erfordert jedoch mehr als Kooperation: Es braucht technische, infrastrukturelle und institutionelle Innovationen. Kreislauftechnologien wie Carbon Capture and Utilization (CCU), fortschrittliche Abwasserbehandlung, grüne Wasserstoffproduktion und „Oxy-Fuel-Combustion1“ müssen skaliert und an lokale Gegebenheiten angepasst werden. Parallel dazu muss die Infrastruktur aufgerüstet oder umgewidmet werden – beispielsweise durch die Integration sanierter Erdgasleitungen zu neuen Wasserstoffkorridoren. Diese Modernisierungen sind entscheidend, um regionale Energieintegration und Dekarbonisierung zu ermöglichen, die über reine Ressourceneffizienz hinausgehen.
(Weiter-)Entwicklung von Schlüsseltechnologien
Im Rahmen des Horizon-Europe-Projekts Industrial Symbiosis to Hubs for Circularity (IS2H4C) mit 35 Partnern in 9 Ländern verfolgen wir das Ziel, diese Schlüsseltechnologien von TRL2 3–5 auf TRL 6–9 zu entwickeln oder direkt TRL 7–9 Lösungen zu implementieren. Diese Bemühungen werden in vier H4Cs demonstriert – in den Niederlanden (Region Twente), Spanien (Baskenland), Deutschland (Frankfurt) und der Türkei (Izmir-Manisa).
Spezifische Besonderheiten der Demonstratoren
Jeder Hub ist auf seinen lokalen Kontext zugeschnitten, verfolgt aber das gleiche Ziel: Als kreislauforientierter Leuchtturm integriert er Industrie, Governance, Gesellschaft und Innovation gleichermaßen. Die Demonstrator-Hubs repräsentieren unterschiedliche territoriale Herausforderungen und industrielle Sektoren – von der Stahl- und Zementindustrie im Baskenland über die Chemie- und Pharmabranche in Deutschland, die ölraffineriebasierte und elektrotechnische Industrie in der Türkei bis hin zu Pilotinitiativen im Bereich Wasserstoff in Industrie und Gebäudebereich in den Niederlanden.
Ein zentrales Element des Projekts ist die Demonstration von 17 klar definierten Prozessen, die jeweils spezifische industrielle und regionale Bedingungen adressieren und Synergien ermöglichen.
Im baskischen Hub wird die Oxy-Fuel-Verbrennung mit Sauerstoff und grünem Wasserstoff in der Stahlindustrie sowie die CO2-Abscheidung in der Zementindustrie demonstriert. Das Kohlenstoffdioxid wird zu E-Methan weiterverarbeitet. Außerdem wird Stahlwerksschlacke mit abgeschiedenem CO2 karbonisiert. Daraus werden alternativen Baumaterialien hergestellt.
Im niederländischen Hub (Twente) wird „Grüner Wasserstoff“ aus der Elektrolyse mit Solar- und Windstrom über ehemalige Erdgasleitungen und neue H2-Leitungen nach Aadorp geleitet. Energiespeicher, die mit Solar- und Windkraft sowie der Elektrolyseanlage verbunden sind, sichern die Netzstabilität und gleichen Versorgungsschwankungen aus. Wasserstoff wird per Pipeline an ein Krematorium geliefert und ersetzt dort Erdgas. Der bei der Elektrolyse entstehende Sauerstoff wird zur benachbarten Abwasserreinigungsanlage geleitet, die wiederum aufbereitetes Wasser zurückliefert.
Im türkischen Hub (Izmir-Manisa) werden „Grüner Wasserstoff“ und abgeschiedenes CO2 zu E-Methanol kombiniert. Abgeschiedenes CO2 dient zur Herstellung von nicht-isocyanatbasiertem Polyurethan (NIPU) – einer nachhaltigen Alternative für herkömmlichen Schaum, z. B. für Kühlschränke.
Im deutschen Hub (Industriepark Höchst, Frankfurt am Main) wird CO2 aus der Stromerzeugung mit Wasserstoff zu E-Methanol verarbeitet – ein Beitrag zur Dekarbonisierung eines der größten Chemieparks Europas.
Diese Synergien spiegeln nicht nur technische Innovationen wider, sondern auch systemische Integration – also die Verbindung von Prozessindustrien mit erneuerbarer Energie, Wassermanagement, Abfallverwertung und Baustoffrückgewinnung. Jede Synergie wird kartiert, überwacht und mit digitalen Entscheidungshilfen unterstützt – darunter Echtzeit-Dashboards, räumliche Ressourcenvisualisierungen und Empfehlungssysteme – um den Betrieb zu optimieren und Expansionsstrategien der Hubs zu unterstützen. Diese Entscheidungstools sind in eine digitale Kooperationsplattform integriert, das sogenannte digitale H4C.
Mapping-Ansatz
Ein besonders anschauliches Ergebnis der entwickelten Methodiken ist der technologiespezifische Mapping-Ansatz nach Teilsektor. Damit können Eingangs- und Ausgangsströme industrieller Prozesse strukturiert analysiert werden, um potenzielle Abfallströme und sektorübergreifende Synergien zu identifizieren, indem diese mit passenden Technologien und entsprechenden Senken abgeglichen werden. Die Methodik unterscheidet fünf Kategorien industrieller Symbiose – CO2-, energie-, material-, wasser- und dienstleistungsbasiert – und bewertet Verfügbarkeit und Nutzbarkeit der Quellen anhand technischer und wirtschaftlicher Kriterien wie Exergiegehalt oder CO2-Konzentration.
Erste Ergebnisse
Erste Ergebnisse wurden durch integrierte, Hubspezifische Analysen in den vier Demonstrationsregionen erzielt. Diese Bewertungen zielen nicht nur auf Emissionsminderung und Energieeffizienz, sondern demonstrieren auch das regionale Symbiosepotenzial zwischen Industriesektoren.
Ein besonders anschauliches Beispiel ist der baskische Hub im Norden Spaniens. Dieser Industriecluster vereint energie- und emissionsintensive Sektoren – Stahl, Zement, Zellstoff & Papier sowie Ölraffinerien – und zeigt vielfältige Synergiepotenziale.
Im Bereich energiebasierter Symbiose wurde das Abwärmepotenzial auf verschiedenen Temperaturniveaus auf Basis von Literaturdaten bewertet (siehe Abbildung 1). Diese Analyse bildet die Grundlage zur Auswahl geeigneter Technologien zur Abwärmenutzung und Identifikation passender Wärmesenken im Hub. Die kaskadierte Nutzung von Abwärme kann exergieeffiziente Symbiose-Systeme ermöglichen. So fällt bei der Papierherstellung warmes Prozesswasser und heiße, feuchte Abluft an.
Je nach Temperaturniveau kann die Abwärme direkt oder über die Integration von z.B. Wärmepumpen intern oder extern genutzt werden - etwa zur Gebäudeheizung, zur Versorgung von Fernwärmenetzen oder zur Deckung des Wärmebedarfs von Industrien im niedrigen Temperaturbereich.
Im Bereich kohlenstoffbasierter Symbiose wurden CO2-Emissionspotenziale aus Stahl- und Zementproduktion geschätzt (siehe Abbildung 2). Diese Ströme können z. B. für die E-Methanol-Produktion genutzt werden. Gleichzeitig wurden CO2-Senken innerhalb der Anlagen identifiziert – etwa zur Neutralisation von alkalischem Abwasser oder Kühlwasser sowie zur Ko-Injektion von Sauerstoff und CO2 in Lichtbogenöfen.
Einbindung der Stakeholder*innen
Neben technologischer Innovation steht auch die Einbindung der unterschiedlichen Stakeholder*innen im Zentrum des Projekts. Die Hubs arbeiten aktiv mit regionalen Behörden, Versorgungsunternehmen, Technologieanbietern, KMU, Wissenschaft und Zivilgesellschaft zusammen. Gemeinsam entwickeln sie Geschäftsmodelle und bewerten Finanzierungsoptionen. Geistes- und Sozialwissenschaften werden ebenfalls integriert, um lokale Bedürfnisse, die Grundsätze einer gerechten Transformation und inklusive Governance zu berücksichtigen.
Das Projekt IS2H4C fördert auch den Wissenstransfer zwischen den Hubs, identifiziert politische Lücken, Qualifikationsbedarfe und Möglichkeiten zur Harmonisierung regionaler Kreislaufwirtschaftsrahmen. Mit 17 aktiven synergetischen Prozessen, 34 Partnern und über 160 beteiligten Forschenden und Praktiker*innen bietet das Projekt eine Blaupause für skalierbare und übertragbare H4Cs in ganz Europa.
Fazit
Europa will die grüne Transformation beschleunigen, Hubs for Circularity zeigen einen Weg von der Zielformulierung zur Umsetzung auf. Das Innovationsprojekt IS2H4C steht dabei an vorderster Front und demonstriert, wie Synergien, Innovation und Zusammenarbeit zu einer prosperierenden und widerstandsfähigen Region führen können. Die Zukunft industrieller Symbiosen liegt nicht nur in geteilten Ressourcen – sondern in einem gemeinsamen Ziel.
Kofinanziert von der Europäischen Union
Weitere Informationen
- Verbrennung unter reinem Sauerstoff
- Technology Readiness Level; Stufen von 1 bis 9 https://ec.europa.eu/research/participants/data/ref/h2020/wp/2014%5f2015/annexes/h2020-wp1415-annex-g-trl%5fen.pdf
Autor*innen
Dr. Devrim Murat Yazan ist außerordentlicher Professor an der Universität Twente (Niederlande) und leitet das Team „Sustainable Circular Economy“. Er koordiniert das IS2H4C-Projekt und ist Experte für industrielle Symbiose, kreislauforientierte Geschäftsmodelle und systemische Nachhaltigkeitstransformationen. Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!
Dipl.-Ing. Mag. rer. soc. oec. Dr. mont. Kerstin Pfleger-Schopf ist Senior Scientist am Lehrstuhl für Energienetztechnik der Montanuniversität Leoben. Sie leitet die Forschungsgruppe „Industrielle Energiesysteme“ und ist im Innovationsnetzwerk NEFI – New Energy for Industry aktiv. Ihr Fokus liegt auf datenbasierten Methoden zur Unterstützung des Wandels hin zu einer klimaneutralen Industrie. Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!
Josephin Patzold, MSc., ist wissenschaftliche Mitarbeiterin des Bereichs „Industrielle Systeme“ bei AEE INTEC. Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!