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Waste Heat Recovery in Industrial Drying Processes

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Hochmoderne Wärmepumpen für eine effizientere Energienutzung und weniger Kohlenstoffemissionen in der Fertigung

In der EU machen Trocknungsverfahren zwischen 10 % und 25 % des industriellen Energieverbrauchs aus. Die Verwendung von Wärmepumpen zur Rückgewinnung und Wiederverwendung von Abwärme bei Trocknungsverfahren birgt gewaltige Möglichkeiten für die energieintensiven Sektoren der fertigenden Industrie.

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Ein Großteil der aktuell zur Trocknung verwendeten Energie wird aus fossilen Brennstoffen gewonnen. Erdgasbrenner sind ein prominentes Beispiel dafür. Mehreren Branchen ist daran gelegen, von Gasbrennern zu industriellen Wärmepumpen zu wechseln. Wärmepumpen erhöhen sowohl die Energieeffizienz als auch den Verwendungsgrad erneuerbarer Wärme in der verarbeitenden Industrie. „Wärmepumpen werden in Wohngebäuden bereits weitläufig verwendet“, merkt Veronika Wilk, die thematische Koordinatorin am Center for Energy des Austrian Institute of Technology AIT an, die für die Koordination des EU-finanzierten Projekts DryFiciency verantwortlich ist. „Das ist bei industriellen Anwendungen jedoch nicht der Fall.“

Eine effiziente Technologie zur Wärmerückgewinnung

Das Projektteam von DryFiciency entwickelte und demonstrierte erfolgreich zwei verschiedene industrielle Wärmepumpentechnologien, die Abwärme in nutzbare Wärme mit einer Temperatur von bis zu 160 °C umwandeln. Bei Abwärme handelt es sich um Wärme, die in den entsprechenden Prozessen nicht genutzt wird. Folglich geht sie verloren und wird in die Umwelt abgegeben. Die Wärmepumpen verwenden diese Wärme wieder. Dank der hohen erreichten Temperaturen ist die Technologie für eine Vielzahl industrieller Verfahren geeignet. Die Wärmepumpentechnologien können in den Branchen Lebensmittel und Getränke, Keramik, Zellstoff und Papier, Textilien und chemische Industrie zur Anwendung kommen, um nur einige Beispiele zu nennen. Bis Ende August 2021 waren die beiden Wärmepumpensysteme mit geschlossenen Kreisläufen bereits rund 4 000 Stunden lang in Betrieb. Im Vergleich zu herkömmlichen Erdgasbrennern konnten die Wärmepumpendemonstratoren etwa 80 % Energie und Kohlenstoffemissionen einsparen. Neben diesen Vorteilen kann ein elektrisches Trocknen mit Wärmepumpen die Produktionskosten der industriellen Endnutzenden um bis zu 20 % senken. Unter Verwendung eines dritten Wärmepumpensystems wurden mehr als 100 Tonnen Biomasse getrocknet. Dies führte zu einer Verbesserung der Effizienz und der Kapazität des Trockners von über 75 % bei gleichzeitiger Senkung des Energieverbrauchs um 70 %.

Wegbereiter für Marktaufnahme

Vor DryFiciency wurde industriellen Wärmepumpen im Allgemeinen und Hochtemperatur-Wärmepumpen im Speziellen nur wenig Beachtung geschenkt. Kaum jemand wusste von dem Potenzial der Abwärme und Hochtemperatur-Wärmepumpen fanden nur begrenzt Einsatz. „Ihre technischen Möglichkeiten waren nicht nur vielen industriellen Endnutzenden schlichtweg unbekannt, sondern auch den relevanten Vermittlungsstellen wie der Energieberatung, der Anlagenplanung sowie Ingenieurinnen und Ingenieuren oder Herstellerinnen und Herstellern von Trocknern, die ihre Verfahren effizienter gestalten wollten“, erklärt Wilk. Inzwischen berücksichtigt ein großer Teil der potenziellen industriellen Kundschaft Wärmepumpen in entsprechenden Plänen – DryFiciency sei Dank. Darüber hinaus sind Unternehmen, die Trockner herstellen, sehr daran interessiert, die Effizienz ihrer Trocknungssysteme zu verbessern, indem sie Wärmepumpen einbinden. Sander Geelen, Mitglied des externen beratenden Expertengremiums des Projekts und Geschäftsführer von Geelen Counterflow, intensivierte die Zusammenarbeit mit den Partnereinrichtungen von DryFiciency. Mit Stand vom Oktober 2021 hat das niederländische Unternehmen drei vollständig elektrisch betriebene Trockner an China, Norwegen und Südkorea verkauft. Die Partnereinrichtungen des Projekts rechneten außerdem die Auswirkungen des hypothetischen Szenarios aus, in dem die Hälfte aller industriellen Trocknungsverfahren in der EU Wärmepumpen verwenden würden, was zu spannenden Ergebnissen führte. Die Beiträge zu den Klimazielen für 2030 gemäß dem Grünen Deal der EU wäre erheblich. Eine Senkung des Energieverbrauchs um 107 bis 268 Terawattstunden entspricht 7 % bis 18 % der Reduzierung des Gesamtenergieverbrauchs, die noch nötig ist, um die Klimaziele der EU zu erreichen. Die Wärmepumpen würden außerdem jährlich zwischen 27 und 66 Millionen Tonnen Kohlenstoffemissionen einsparen und somit 3 % bis 7 % der bis 2030 in der EU nötigen Emissionssenkungen beisteuern.

Schlüsselbegriffe

DryFiciency, Wärmepumpe, Energie, Trocknen, Trockner, industrielle Wärmepumpe, Abwärme, Gasbrenner, Wärmerückgewinnung

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