Die Industrie wird grüner
Von Stefan Keller und Diethold Schaar
Steigende Energiepreise, Klimawandel und der öffentliche Druck veranlassen heimische Großverbraucher, in Sachen Energieeffizienz einen Gang zuzulegen. Im Klimaschutzbericht 2018 werden dem Sektor Industrie rund 36 Prozent der österreichischen Treibhausgas-Emissionen zugeordnet. Wir geben einen Überblick, wo heimische Unternehmen bei der Nutzung erneuerbarer Energien und bei der Reduktion der Treibhausgase den Hebel ansetzen.
Produzierende Großbetriebe in Österreich wollen energieeffizienter werden. Es geht darum, Kosten zu sparen, die eigene Wettbewerbsfähigkeit zu fördern und gleichzeitig Abhängigkeiten zu reduzieren. CO2-Neutralität ist ein wichtiges Argument, denn wer möchte heute noch als Klimaschädling an den Pranger gestellt werden? Immer mehr Unternehmen investieren daher in nachhaltige Produktionen und in die Nutzung erneuerbarer Energie.
Der Innviertler Industrieelektronikhersteller B&R, mit mehr als 3000 Mitarbeitern weltweit, ist so eine Vorzeigefirma und wurde auch schon als besonders energieeffizientes Unternehmen ausgezeichnet. Im österreichischen Hauptquartier von B&R gelang mit dem Einsatz der selbstoptimierenden Regelungstechnik aus der hauseigenen Entwicklungsabteilung eine deutliche Reduktion des Energieverbrauchs. In sämtlichen Heiz- und Kühlkreisläufen der Fertigungs- und Bürogebäude wurden Wärmerückgewinnungsanlagen eingebaut. Seit kurzem ist zusätzlich eine Photovoltaikanlage, mit einer Fläche von rund 7500 Quadratmeter und einer Spitzenleistung von einem Megawatt, am Dach der Produktionshalle in Betrieb. Man rechnet mit einem Jahresertrag von rund einer Million Kilowattstunden, der fast zur Gänze von B&R selbst verbraucht wird. Damit handelt es sich um eine der größten Eigenverbrauchsanlagen Österreichs.
Gesamt betrachtet ist das allerdings erst der sprichwörtliche Tropfen auf den heißen Stein. „Ein vollständiger Umstieg der Industrie auf Energie aus erneuerbaren Quellen ist heute technisch noch nicht möglich“, heißt es im Bericht „Renewables4Industry“, der 2017 im Auftrag des Klima- und Energiefonds als Diskussionspapier für die Erstellung eines Fahrplans zur CO2-Reduktion in der heimischen Industrie verfasst wurde. Der Bericht wurde unter der Leitung des Energieinstituts an der Johannes-Kepler-Universität mit der Beteiligung weiterer Forschungsnternehmen – unter anderem auch AEE INTEC – erstellt.
Mehr als ein Drittel des weltweiten Energieverbrauchs geht auf das Konto der Industrie
Wenn die Industrie zur Gänze auf erneuerbare Energie umsteigen soll, müssen dafür mehrere Rahmenbedingungen erfüllt sein.
Ein ganz wesentlicher Aspekt wird die Steigerung der Effizienz in allen Bereichen sein: von der Energieeinsparung bei Maschinen, Prozessen und Bauwerken bis zur sinnvollen kaskadischen Nutzung, damit z.B. die Abwärme aus industrieller Fertigung in lokale thermische Netzwerke eingespeist werden kann.
Und dann benötigt man natürlich erneuerbare Energie in entsprechender Menge und mit Versorgungssicherheit. Dazu müssen die Abläufe und Prozesse in den Unternehmen besser an das stark schwankende Angebot der erneuerbaren Energien angepasst werden. Zusätzliche Speichermöglichkeiten können hier ebenfalls Abhilfe schaffen.
Zu guter Letzt benötigt man intelligente Netzwerke mit Standards, Normen und Regeln für die Teilnahme unterschiedlichster Partner in der Welt der erneuerbaren Energien. Unternehmen können gleichzeitig Abnehmer und Lieferant von Energiedienstleistungen sein; sie können lokal, regional oder überregional vernetzt und starken Schwankungen unterworfen sein.
Für den Bericht wurden mehrere Szenarien durchgespielt. Aus allen Varianten geht hervor, dass die Elektrifizierung als einziger Weg zur Reduktion der CO2-Emissionen nicht zielführend ist. In dem Fall würde nahezu das gesamte im Inland verfügbare elektrische Energiepotenzial ausschließlich für die Industrie verwendet werden.
„Es müssen Methoden und Werkzeuge entwickelt werden, die eine regionale, überregionale und sektorübergreifende Energieraumplanung möglichst einfach und effizient ermöglichen“, fassen die Autoren zusammen. Diese Methoden und Werkzeuge sollen sicherstellen, dass der Primärenergieeinsatz durch aufeinander abgestimmte Maßnahmen minimiert werden kann. Die Abwärme von Industrieöfen zum Beispiel soll nicht einfach an die Umwelt abgegeben, sondern für in der Nähe liegende Unternehmen, Siedlungen oder öffentliche Einrichtungen genutzt werden.
Je besser solche Kaskaden in einer Region funktionieren, umso weniger zusätzliche Energie muss für die Versorgung aller Beteiligten aufgebracht werden.
Ein Musterbeispiel dafür soll das neue High-Tech-Werk der Voestalpine in Kapfenberg werden. Im April des Vorjahres erfolgte der Spatenstich zum weltweit modernsten Edelstahlwerk, in dem mittels volldigitalisierter Prozesse 200.000 Tonnen Hochleistungsstahl pro Jahr erzeugt werden sollen. Das Werk erhält europaweit Aufmerksamkeit, nachdem mehr als vier Jahrzehnte lang auf dem gesamten Kontinent kein Stahlwerk mehr errichtet worden ist.
Nach dreijähriger Bauzeit soll es seinen Betrieb aufnehmen und neben den technologischen Spitzenleistungen auch neue Standards im Umweltschutz setzen. Zum Beispiel bei der Entstaubung von Schmelzaggregaten und der Werkshalle. Bei einem Entstaubungsvolumen von fast vier Millionen Normkubikmeter je Stunde wird die Leistung der Anlage konsequent an die jeweilige Produktionssituation angepasst. So können Spitzen bei Chargierung und Abstich prozessgerecht aufgefangen werden, was zu einer starken Verringerung des Elektroenergieaufwands und gleichzeitig zu weniger Gebläselärm führt.
Im Zentrum der Edelstahl-Produktion im neuen Voestalpine-Werk steht der Elektrolichtbogenofen, der hochreinen Schrott und Legierungsmetalle zu Edelstahl verschmilzt. Der Ofen wird angeblich zu 100 Prozent mit Strom aus erneuerbaren Energiequellen betrieben (Trotz Rückfrage erhielten wir keine Auskunft in welchem Ausmaß dafür tatsächlich Strom aus erneuerbaren Quellen verwendet wird und in welcher Menge Zertifikate verwendet werden um konventionellen Strom „grün zu waschen“). Zur Senkung des Lärmpegels, der in bestimmten Prozessphasen den Schmerzschwellenbereich überschreiten kann, wird der Ofen mit einer Einhausung versehen, dem sogenannten „Doghouse“. Seine Paneele minimieren die Übertragung von Lärm in die Werkhalle und in die Umgebung.
Auch das neue Abwärme- und Wärmerückgewinnungsverfahren verspricht einen hohen Umwelteffekt: Die in den Schmelzaggregaten entstandene Wärme wird zunächst in einem Heißwasserspeicher zwischengelagert, bevor sie dann größtenteils in das Fernwärmenetz der Stadt Kapfenberg beziehungsweise in das firmeninterne Fernwärmenetz einfließt. Die erwartete Menge ist 22 GWh pro Jahr.
Ein Teil der Wärme kann durch den Einsatz von Absorptionstechnologie in Kälte umgewandelt und zur Kühlung werksinterner Prozesse verwendet werden, was die Entnahme von Kühlwasser aus dem nahegelegenen Thörlbach um mehr als 90 Prozent senken wird.
Nicht nur bei der Emission von Treibhausgasen liegt die heimische Industrie an erster Stelle, auch bei der Nutzung von Strom ist das der Fall. Nach den Berechnungen der Interessensvertretung der österreichischen E-Wirtschaft entfällt fast die Hälfte des Stromverbrauchs auf diesen Bereich. Und der Bedarf nimmt bei konstantem Wirtschaftswachstum zu: in den Prognosen der österreichischen Energieagentur steigt der Strombedarf für die Industrie bis 2030 fast um 50 Prozent im Vergleich zu heute. Der gesamte Energiebedarf der Industrie soll in dem Zeitraum von rund 350.000 Terajoule auf rund 540.000 Terajoule 2030 anwachsen.
Die Zahlen legen nahe, dass Handlungsbedarf besteht. Und nachdem die einfachen Potenziale - der Energiewende schon zu einem guten Teil genutzt sind, geht es jetzt darum, sich komplexeren technologischen Herausforderungen zuzuwenden.
Zu dem Zweck wurde im Jahr 2017 das NEFI-Konsortium, ein Innovationsverbund aus Wissenschaft, Technologieanbietern und Unternehmen, unter der Leitung des Lehrstuhls für Energieverbundtechnik an der Montanuniversität Leoben und des Austrian Institute of Technology (AIT), ins Leben gerufen. NEFI steht für „New Energy for Industry“ und hat die Versorgung der heimischen Industrie mit 100 Prozent erneuerbarer Energie bis zum Jahr 2050 zum Ziel.
80 Unternehmen, 14 Forschungseinrichtungen und zahlreiche Partnerunternehmen arbeiten an Vorzeigeprojekten, mit denen der Industriestandort Österreich abgesichert und eine umweltfreundliche Technologie „Made in Austria“ entwickelt werden soll. Träger und Fördergeber der Initiative sind neben dem Bund vor allem die industrieintensiven Bundesländer Oberösterreich und die Steiermark.
„Die Dekarbonisierung der Industrie ist eine wesentliche Säule, um unsere Klimaziele zu erreichen“, formuliert es Thomas Kienberger, Lehrstuhlleiter für die Energieverbundtechnik an der Montanuni Leoben. „Das wird in Österreich nur dann gelingen, wenn bei der Umstellung der industriellen Prozesse auf erneuerbare Energie Standortsicherheit gegeben ist und Österreich seine Vorreiterrolle als Exporteur hochwertiger Technologien beibehalten kann. Dass das geht, wollen wir in NEFI zeigen.“
Zur Realisierung dieser Ziele wird ein offener Prozess in mehreren Innovationsfeldern angestoßen, durch den neue Projekte entwickelt sowie erprobte Technologien demonstriert und bis zur Marktreife gebracht werden sollen. Über die Ziele der ersten Leuchtturmprojekte berichtete Dipl.-Ing. Dr. Wolfgang Hribernik, Head of Center for Energy am AIT und Verbundkoordinator von NEFI in einer der vergangenen Ausgaben der Zeitschrift „nachhaltige technologien“: Im Bereich Energieeffizienz beschäftigt man sich etwa konkret mit der Frage, wie Wärme in unterschiedlichen Industriezweigen möglichst effizient erzeugt, umgewandelt, gespeichert und rückgewonnen werden kann. Die Projekte „OxySteel“ und „HyStEPs“ zielen darauf ab, die Energieeffizienz in der Stahlproduktion durch Sauerstoffeintrag zu erhöhen und einen innovativen, energieeffizienten Hybridspeicher für die Bereitstellung von Dampf zu entwickeln. Bei „envIoTcast“ wiederum nutzt man neueste digitale Technologien, wie das Internet der Dinge, zur optimalen Wärmerückgewinnung beim Aluminiumguss. Höhere Flexibilität und Effizienz in der Lebensmittelindustrie stehen im Mittelpunkt von „EDCSproof“, wo durch die Integration von nachhaltigen Technologien und intelligenter Prozesssteuerung rund 300.000 Tonnen CO 2 pro Jahr eingespart werden sollen.
Darüber hinaus werden neue Lösungen erprobt, um erneuerbare Energie in Industriebetrieben zu nutzen und in lokale Wärme- und Stromnetze einzubinden. Ein Beispiel dafür ist das Projekt „Smart Anergy Quarter Baden“, in dem ein Wohn- und Gewerbegebiet mit Niedertemperatur-Abwärme aus der nahe gelegenen NÖM Molkerei versorgen soll. Im „Gmunden High Temperature Link“ will man 50 bis 60 Gigawattstunden fossiler Brennstoffwärme durch eine ganzjährige Auskopplung von Hochtemperatur-Abwärme aus dem Zementwerk Gmunden einsparen. Aber auch die Tourismusindustrie wird in die Betrachtung einbezogen – im Projekt „Clean Energy for Tourism“ geht es unter anderem darum, durch Lastmanagement im Bereich der Stromnetze die Tourismusinfrastruktur vor allem in den besonders energieintensiven Wintermonaten zu 100 Prozent mit erneuerbarer Energie zu versorgen.
In so gut wie allen Unternehmen wird letztendlich ein Bündel an Maßnahmen notwendig sein, um die Umstellung auf erneuerbare Energie bewältigen zu können. Thermische Dämmung und Sanierung, Analyse und Anpassung der Prozesse und Abläufe, und permanentes Optimieren der Energienutzung im Betrieb und im Verbund mit Partnern.
Photovoltaikanlage auf dem Dach des Betriebsgebäudes von B&R
Wer rechtzeitig damit begonnen hat, hat bereits einen Teil der dafür notwendigen Lernkurve hinter sich.
Der Mietwäsche-Spezialist Salesianer Miettex bearbeitet etwa 350 Tonnen Wäsche am Tag. Das Unternehmen hat sich frühzeitig mit dem Thema Nachhaltigkeit im Textilmanagement auseinandergesetzt und gibt ganz offen zu, dass der Druck des Marktes ein wesentlicher Grund dafür war. Inzwischen ist Salesianer-Miettex mit seinen Garantien für Hygiene und Nachhaltigkeit bei Tischwäsche, Bettwäsche, Berufskleidung und Krankenhaustextilien europaweit ganz vorne dabei. Um das zu dokumentieren, hat das Unternehmen 2016 seinen ersten Nachhaltigkeitsbericht veröffentlicht und listet die getroffenen Maßnahmen detailliert auf. Durch Prozessoptimierung konnten der Energieverbrauch pro Kilogramm Wäsche um fast 30 Prozent und der Wasserverbrauch um rund 40 Prozent gesenkt werden. Das warme Abwasser wird – soweit möglich – zur Vorwäsche genutzt oder über einen Wärmetauscher zur Vorwärmung des kalten Weichwassers geführt. Durch eine neue Entwässerungspresse muss im Trockenprozess weniger Wasser verdampft werden. An zwei Standorten wurde von Heizöl auf Erdgas umgestellt und auch die Tourenoptimierungen bei der Auslieferung der Wäsche spart Energie. An vier Standorten gibt es schon Photovoltaikanlagen mit einer installierten Gesamtleistung von 1,2 MWp. Sechs weitere Projekte für Photovoltaikanlagen sind in Planung. Innerhalb von zwei Jahren konnte mit diesen Maßnahmen der ökologische Fußabdruck pro Kilogramm bearbeiteter Wäsche um fast 20 Prozent reduziert werden.
Aber die Uhr tickt weiter. Trotz aller Erfolge sind die derzeitigen Maßnahmen nicht ausreichend für eine Dekarbonisierung der Industrie. Auch wenn die Ziele spätestens seit dem Klimaschutzabkommen von Paris klar sind – viele Wege zum Ziel sind erst in Entwicklung. Die Autoren von „Renewables4Industry“ halten daher fest: „Es ist ersichtlich, dass für diese große Aufgabe entlang der gesamten ,Chain of Innovation‘ Aktivitäten zu setzen sein werden, um entsprechende ,Breakthrough Technologies‘ in 20 bis 30 Jahren marktreif zu haben und als österreichische Innovationen international anbieten zu können.“
Links zum Thema:
- www.nefi.at New Energy For Industry
- https://www.bohler-edelstahl.com/de/edelstahlwerk modernstes Edelstahlwerk der Welt
- https://www.salesianer.at/fileadmin/content/AT/News_Presse_Downloads/Salesianer_Nachhaltigkeitsbericht.pdf Nachhaltigkeitsbericht Salesianer-Miettex
Projekt SynErgie in Deutschland
Einen ähnlichen Weg wie in Österreich geht man auch in Deutschland. Für das Projekt SynErgie haben sich ebenfalls mehr als 80 Partner aus Forschung, Industrie und gesellschaftlichen Organisationen zusammengetan. Untersucht wird dabei, wie der Energiebedarf der produzierenden Industrie mit dem schwankenden Angebot der erneuerbaren Energielieferanten synchronisiert werden kann und welche allgemein gültigen Ansätze sich daraus ableiten lassen. „Wenn wir Unternehmen nur dazu bringen, ihre Anlagen in einem bestimmten Rhythmus einzuschalten, der dem momentanen Angebot an Strom angepasst ist, lässt sich enorm viel Energie sparen, weil vorübergehende Stromüberschüsse nicht verloren gehen“, erläutert der Projektverantwortliche, Prof. Eberhard Abele, Leiter des Instituts für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen (PTW) an der TU Darmstadt. „Vielmehr wird die Produktion auf Zeiten eines hohen Stromangebotes verlegt, was die Stromnetze entlastet.“
Vergleichbares Konzept in Deutschland
Bei Untersuchungen in einzelnen Branchen hat sich schon gezeigt, dass es Möglichkeiten der Lastverschiebung in den Prozessen gibt. Jetzt geht es darum, einen allgemein gültigen Ansatz dafür zu finden. Dazu werden Fragen gestellt, wie: Wieviel Flexibilisierungspotenzial bezüglich des Stromverbrauchs besteht? Wie können Branchen und Regionen dazu bewegt werden, diese Potenziale zu nutzen? Lässt sich mancherorts der Netzausbau vermeiden?
Eine Pilotanlage und Demonstratoren sollen letztendlich die wissenschaftlichen Erkenntnisse in der Praxis testen und veranschaulichen. Ziel ist aber nicht nur, die ökonomisch besten Lösungen zu finden, sondern auch die sinnvollsten für die Gesellschaft. Dem Ansatz der Nachhaltigkeit entsprechend, werden mit SynErgie daher auch soziale Fragestellungen beleuchtet, denn Flexibilisierungsmaßnahmen können auch die Arbeitsplatzbedingungen in Produktion und Logistik beeinflussen. Es müssen also zugleich sinnvolle Arbeitszeit- oder Entkopplungsmodelle für Bediener und Anlage geschaffen werden, um eine breite gesellschaftliche Akzeptanz zu garantieren.
Weitere Information zu diesem Projekt: https://www.kopernikus-projekte.de/projekte/industrieprozesse