CDI Innovationsgruppe Prozesswärme: Industrielle Abwärmenutzung im Fokus

Best Practice:  industriellen Abwärmenutzung im Stahlwerk Riesa

Fanny Kilian von der ESF Elbe-Stahlwerke Feralpi GmbH eröffnete die Vortragsreihe mit einem Praxisbeispiel zur industriellen Abwärmenutzung im Stahlwerk Riesa. Sie erklärte, wie das Werk Betonstahl aus nahezu vollständig recyceltem Stahlschrott im Elektro-Lichtbogenofen herstellt und zeigte verschiedene Ansätze zur energetischen Nutzung der anfallenden Prozesswärme. Bereits seit 2013 erzeugen die ESF Elbe-Stahlwerke mit hochkalorischer Abwärme Prozessdampf und Strom über eine Organic Rankine Cycle (ORC)-Anlage. Die größte Herausforderung besteht darin, den diskontinuierlichen Produktionsprozess des Stahlwerks mit dem kontinuierlichen Dampfbedarf der angeschlossenen Verbraucher in Einklang zu bringen. Kilian stellte zudem Pläne vor, niedrigkalorische Abwärme aus dem Kühlwasserkreislauf mithilfe einer Großwärmepumpe ins Fernwärmenetz der Stadt Riesa einzuspeisen. Das Beispiel zeigte eindrucksvoll, wie industrielle Abwärme auf unterschiedlichen Temperaturniveaus zur Steigerung der Energieeffizienz und zur Dekarbonisierung beitragen kann.

Wirtschaftlicher Anlagenbetrieb auch bei schwankenden Betriebsbedingungen?

Im zweiten Vortrag stellte Fabian Ahrendts vom Fraunhofer IEG effiziente Konzepte zur Bereitstellung von Prozesswärme durch Großwärmepumpen mit natürlichen Kältemitteln vor. Er stellte die neue Plattform „Grosswärmepumpen-Infoportal“ vor, die verfügbare Technologien und Hersteller übersichtlich darstellt. Der Fokus des Vortrags lag darüber hinaus auf der optimalen Verschaltung von Wärmepumpen für unterschiedliche Wärmequellen und Temperaturniveaus. Anhand typischer Industrieanwendungen zeigte Ahrendts, wie die Wahl der Mitteltemperatur, geeignete Kältemittel sowie die Kombination von Wärmepumpe und mechanischer Dampfrekompression die Effizienz beeinflussen. Er erläuterte auch, welche Faktoren – etwa Strompreise, Anlagenauslastung und Verdichtereffizienz – die Wirtschaftlichkeit maßgeblich bestimmen. Abschließend nannte er typische Planungsfehler und gab Empfehlungen für eine robuste Auslegung, um auch bei schwankenden Betriebsbedingungen einen wirtschaftlichen Anlagenbetrieb sicherzustellen.

Vielversprechender Ansatz für die Steigerung der Energieeffizienz: Entkopplung von Ofen und Trockner

Dr. Rigo Giese vom Institut für Ziegelforschung Essen e.V. widmete sich den Potenzialen der Abwärmenutzung in der Ziegelindustrie. Nach einer Einführung in die Prozesskette der Ziegelherstellung erläuterte er die wesentlichen Wärmebedarfe von Tunnelofen und Trockner sowie die bislang weitgehend ungenutzten Abwärmeströme. Im Mittelpunkt stand die Entkopplung von Ofen und Trockner als vielversprechender Ansatz zur Steigerung der Energieeffizienz. Dieses Konzept wird derzeit gemeinsam mit dem DLR Institut für CO₂-arme Industrieprozesse im Rahmen eines Forschungsprojekts untersucht, bei dem auch der Einsatz von Wärmepumpen betrachtet wird.

Giese wies auf technische Herausforderungen hin – etwa die Gefahr von Säurebildung bei einer zu starken Abkühlung der Abgase oder saisonal schwankende Betriebsbedingungen infolge unterschiedlicher Feuchtegehalte des Rohmaterials. Ergänzend stellte er die Nutzung überschüssiger Wärme in einem ORC-Prozess vor. Trotz des hohen technischen Potenzials bleibt die Wirtschaftlichkeit entsprechender Lösungen derzeit eine wesentliche Hürde für die breite Umsetzung.

Exkursion zum Wärmepumpen-Prüfstand des Fraunhofer IEG am Heizkraftwerk Cottbus

Zum Schluss besichtigten die Teilnehmenden den Wärmepumpen-Prüfstand des Fraunhofer IEG am Heizkraftwerk Cottbus. Fabian Ahrendts führte durch die Anlage, die seit 2023 in Betrieb und auf Großwärmepumpen spezialisiert ist. Die Umgebung ermöglich die Prüfung sowohl von Serien- als auch von Prototypenmodellen. Neben der Kurzzeitprüfung wird die Anordnung um einen Dauerprüfstand erweitert. Dieser soll Daten für die Einbindung des Cottbuser Ostsees als Quelle für die lokale Fernwärmenutzung liefern.