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Power-to-Heat Technologie für nachhaltige Industrieprozesse

Grüne Wärme mit OTTO JUNKER SOLUTIONS

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OTTO JUNKER SOLUTIONS führt wegweisende Power-to-Heat-Lösungen im Programm, die es mit den Herausforderungen der Energiewende aufnehmen können. Angesichts der drängenden Notwendigkeit, von konventionellen Technologien auf CO2-neutrale und grüne Energieträger umzusteigen, hat das Unternehmen eine innovative Power-to-Heat-Anlage entwickelt, die nachhaltige und effiziente Energieerzeugung ermöglicht – branchenübergreifend.

Für eine erfolgreiche Energiewende ist der Wechsel von konventionellen Technologien, die hauptsächlich auf der Verbrennung fossiler Brennstoffe basieren, hin zu neuen, effizienteren Technologien, die auf CO2-neutrale und grüne Energieträger setzen, unerlässlich. Der am weitesten verbreitete Energieträger dieser Art ist Strom aus erneuerbaren Quellen wie Windkraft und Photovoltaik. Die Technologieentwicklungen auf dieser Basis voranzutreiben, liegt daher nahe.

Zur Erzielung der CO2-Neutralität ist eine Elektrifizierung der Sektoren Verkehr, Gebäude, Industrie und Landwirtschaft erforderlich. Während Wärmepumpen Ölheizungen ersetzen und den Gebäudesektor elektrifizieren und die E-Mobilität allmählich Benziner und Diesel ersetzt, wird in der Industrie zu 72 % noch Prozesswärme mit fossilen Brennstoffen erzeugt, hauptsächlich mit Gas.

OTTO JUNKER SOLUTIONS hat sich dieser Herausforderung angenommen und eine Power-to-Heat Anlage entwickelt, die durch das Prinzip des elektrischen Widerstands Luft auf bis zu 1.200 °C erwärmen kann. Neben der direkten Nutzung der heißen Luft, beispielsweise in Trocknungsprozessen oder der Wärmebehandlung von Metallen, kann die erzeugte Wärme auch für verschiedene nachfolgende Prozesse genutzt werden, wie beispielsweise zur Übertragung auf Thermoöl durch einen Wärmetauscher oder zur Dampferzeugung. Dies erweitert den Anwendungsbereich auch auf die Lebensmittel-, Papier- und Chemieindustrie. Ein großer Vorteil ist, dass bei der Umrüstung von Gas auf Strom die bestehenden Produktionsanlagen größtenteils erhalten bleiben können und zusätzlich sowohl mit Gas als auch mit dem Lufterhitzer, also hybrid, beheizt werden können. Dies gewährleistet eine gewisse Energieunabhängigkeit und Krisensicherheit in Zeiten stark schwankender Energiepreise aufgrund von internationalen Konflikten. Zudem werden zusätzlich Kostenvorteile geschaffen, von denen die Unternehmen profitieren können.

Der Ausbau erneuerbarer Energien birgt jedoch eine weitere Hürde: die Volatilität der Stromerzeugung. In Zukunft wird eine erhöhte Nachfrage nach Speichermöglichkeiten erwartet, um zu verhindern, dass Photovoltaik- und Windkraftanlagen abgeschaltet werden müssen, wenn mehr Strom produziert wird als benötigt.

Überschüssigen Strom nutzen

Lösungsmöglichkeiten hierfür bieten unter anderem Großbatteriespeicher, die Wasserstoffelektrolyse oder Schwerkraftspeicher. Deutlich günstiger sind jedoch Hochtemperatur-Wärmespeicher, die gerade für produzierende Unternehmen signifikante Vorteile bieten. Deren Anwendung ermöglicht es, volatile Energie in Wärme umzuwandeln und kostengünstig zu speichern. Mit zunehmendem Anteil erneuerbarer Energien im Stromnetz sind häufiger Schwankungen und Niedrigpreisphasen an der Strombörse zu erwarten. Durch die Kombination einer Power-to-Heat-Anlage mit einem Wärmespeicher können diese Phasen genutzt und erhebliche Kosteneinsparungen realisiert werden. Zusätzlich ermöglicht die Anlage weitere Einnahmen, da Übertragungsnetzbetreiber verpflichtet sind, die Netzfrequenz konstant bei 50 Hz zu halten und dafür hohe Vergütungen zahlen.

Die Power-to-Heat-Technologie von OTTO JUNKER SOLUTIONS bietet enormes Potenzial zur Reduzierung von CO2-Emissionen und zum Umweltschutz. Sie ermöglicht in verschiedenen Industriezweigen, darunter die Lebensmittel-, Holz-, Papier- und Kunststoffindustrie, eine nahezu klimaneutrale Produktion. Allein diese Sektoren machen in Deutschland etwa 25 % des gesamten Energieverbrauchs der Industrie aus. Im Industriesektor insgesamt kann die Technologie eine Elektrifizierung der Prozesswärmeproduktion von bis zu 50 % ermöglichen.

Anwendungsbeispiel aus der deutschen Papierindustrie:

Eine durchschnittliche Papierfabrik in Deutschland benötigt etwa 41,7 GWh Energie pro Jahr, wobei der Großteil für die Wärmeproduktion benötigt wird. Basierend auf der aktuellen Häufigkeit und Dauer von Niedrigpreisphasen in Deutschland ergeben sich ca. zwei Ladezyklen pro Woche á sechs Stunden. Das bedeutet, dass pro Zyklus 267,3 MWh nutzbare Energie gespeichert werden müssen, also Wärmeenergie, die über dem  Temperaturniveau der Prozesse liegt. Um diese Energie innerhalb der sechs Stunden schnell einspeichern zu können, benötigt die durchschnittliche Papierfabrik eine Power-to-Heat Anlage mit einer Leistung von 44,6 MW. Ohne einen Wärmespeicher reichen ca. 3,2 MW bei dauerhafter Nutzung. Die aus der Power-to-Heat Anlage stammende oder im Wärmespeicher gespeicherte Wärme kann bei Bedarf mithilfe eines Abhitzekessels, wie er auch in Kraftwerken eingesetzt wird, zur Dampfproduktion genutzt werden. Diese kann dann über Rohrleitungen zu den Anlagen transportiert und beispielsweise für Trocknungsprozesse verwendet werden.

Das Potenzial dieser Anlage in Bezug auf Umweltschutz und CO2-Reduzierung ist enorm. In Branchen wie der Lebensmittel-, Holz-, Papier- und Kunststoffindustrie ist es mit ausreichend Grünstrom möglich, komplett klimaneutral zu produzieren. Diese Sektoren machen allein in Deutschland etwa 25 % des gesamten Energieverbrauchs der Industrie aus, in Europa sogar mehr als 30 %. Die Technologie ermöglicht eine Elektrifizierung der Prozesswärmeproduktion in Industriezweigen um bis zu 50 % (laut McKinsey 34 %, laut AEE 41 %), da viele Prozesse Wärme zwischen 100 und 1.200 °C erfordern. Gerade diese Industrien zu dekarbonisieren hat große Auswirkungen, da sie besonders energieintensiv sind. Betrachtet man nur die Anwendung des Lufterhitzers ohne Wärmespeicher, wäre es in ganz Europa möglich, mit nur 17,4 Mrd. € um die 7 % des gesamten Energieverbrauchs zu elektrifizieren!


 

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