Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung ISI
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Projekt

CO2-neutrale Prozesswärmeerzeugung

Umbau des industriellen Anlagenparks im Rahmen der Energiewende: Ermittlung des aktuellen Stands der Technik und des weiteren Handlungsbedarfs zum Einsatz strombasierter Prozesswärmeanlagen

Das Projekt hat zum Ziel, die technische Machbarkeit sowie die Wirtschaftlichkeit der Umstellung des industriellen Anlagenparks hin zu einer CO2-neutralen Prozesswärmeerzeugung zu bewerten. Dabei werden alle Branchen der Grundstoffindustrie betrachtet und Wärmeerzeugungstechniken auf Basis von Strom, Wasserstoff, synthetischen Gasen oder Kraftstoffen untersucht.

Es wird zunächst der Stand der Technik aufgenommen, bevor die ausgewählten Techniken zur CO2-neutralen Prozesswärmeerzeugung technisch und wirtschaftlich bewertet werden. Abschließend wird über eine multikriterielle Bewertung und eine übergreifende Roadmap ein möglichst umfassendes Bild der Umstellung gezeichnet.

 

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Für eine weitreichende Dekarbonisierung spielt die Umstellung der industriellen Prozesswärmeerzeugung in den Branchen der Grundstoffindustrie von fossilen Energieträgern auf Sekundärenergieträger, die auf Basis von Erneuerbaren Energien erzeugt wurden, eine wichtige Rolle. Hierzu zählt zum einen die direkte Nutzung von regenerativem Strom (Power to heat - PtH), aber auch der Einsatz von Wasserstoff, der durch Elektrolyse mittels regenerativen Stroms erzeugt wurde sowie das aus diesem Wasserstoff über Methanisierung herzustellende Methangas (Power to gas, Power to liquid – PtG/PtL).

Die Erzeugung von Prozesswärme in Öfen und Dampferzeugern ist sehr anwendungsspezifisch und richtet sich nach den besonderen Gegebenheiten und Anforderungen der unterschiedlichen Produktionsprozesse. Wenngleich für alle Bereiche der Prozesswärmeerzeugung technische Verfahren denkbar sind, die eine Umstellung von fossilen Energieträgern auf (regenerative) PtH oder PtG/PtL erlauben, so sind diese Verfahren u.a. aufgrund der vergleichsweise hohen Strompreise derzeit noch nicht wirtschaftlich, lediglich in Bereichen der Metallverarbeitung und für Nischenanwendungen eingesetzt oder noch in der technischen Entwicklung.

 

 

Es werden insbesondere folgende Fragestellungen bearbeitet:

  • Wie ist der aktuelle Stand der Technik der Prozesswärmeerzeugung in den ausgewählten Branchen?
  • Welche PtH, PtG und PtL Anlagen und Verfahren stehen zur Verfügung, wie ist der Entwicklungsstand, wie ist die Substitution der fossilen Referenztechniken technisch zu bewerten und welcher Handlungsbedarf besteht?
  • Wie wirtschaftlich sind die Anlagen gegenüber den herkömmlichen Referenzanlagen?
  •  Wie sind die Techniken unter ganzheitlicher Betrachtung von ökologischen, ökonomischen und technischen Kriterien im Vergleich zur fossilen Referenztechnologie zu bewerten?
  • Wie ist der Einsatz von PtH, PtG/PtL zur Prozesswärmeerzeugung in ein Gesamtbild und eine Gesamtstrategie einzuordnen?

Diese Fragestellungen werden anhand von 13 Industriebranchen aus den Bereichen Metall- und Mineralindustrie sowie der Dampferzeugung bearbeitet. Es wird dabei eine zeitliche Perspektive bis zum Jahr 2050 eingenommen.

 

Abschlussbericht ist in Arbeit

Laufzeit

von 2019 bis 2023

Auftraggeber

  • Umweltbundesamt

Partner

  • Institut für Industrieofenbau und Wärmetechnik, RWTH Aachen University